Cognición Espacial y Navegación

La cognición espacial se refiere a cómo el cerebro representa el espacio y apoya la navegación, la capacidad de saber dónde se encuentra uno y de encontrar el camino hacia los objetivos. La formación hipocampal y la corteza entorrinal contienen neuronas especializadas, incluyendo las células de lugar que se activan en ubicaciones particulares y las células de red que cubren el entorno con un patrón triangular, las cuales, en conjunto, proporcionan una métrica interna y un mapa del espacio.

Definition

La cognición espacial y la navegación es el estudio de cómo el cerebro codifica la ubicación y la disposición del entorno y utiliza estas representaciones, prominentemente en el sistema hipocampal-entorrinal, para apoyar la orientación y el movimiento dirigido a un objetivo a través del espacio.

Scope

Este tema cubre la base neural de la cognición espacial y la navegación como material de referencia en neurociencia cognitiva. Introduce la idea del mapa cognitivo, las células de lugar y de red y neuronas espaciales relacionadas, las contribuciones del sistema hipocampal-entorrinal y la relevancia de estos mecanismos para la memoria y para los trastornos que afectan la navegación. Explica los mecanismos y la evidencia, y no constituye una guía clínica.

Core questions

• ¿Cómo representa el cerebro la ubicación y la disposición espacial del entorno?
• ¿Qué papel desempeñan las células de lugar, las células de red y las neuronas relacionadas en la construcción de un mapa del espacio?
• ¿Cómo se relacionan las funciones espaciales de la formación hipocampal con su papel en la memoria episódica?

Key concepts

• Mapa cognitivo
• Células de lugar
• Células de red
• Células de dirección de la cabeza
• Células de borde y límite
• Marcos de referencia alocéntricos versus egocéntricos
• Integración de la trayectoria
• Sistema hipocampal-entorrinal

Key theories

Teoría del mapa cognitivo del hipocampo

El hipocampo construye una representación alocéntrica, similar a un mapa, del entorno que apoya la navegación flexible; las células de lugar proporcionan la evidencia neural de que el hipocampo codifica la ubicación de un animal dentro de dicho mapa.

Métrica espacial basada en la red entorrinal

Las células de red en la corteza entorrinal medial se activan en múltiples ubicaciones dispuestas en una red triangular regular, proporcionando un sistema de coordenadas periódico basado en la distancia que puede apoyar la integración de la trayectoria y alimentar de información espacial al hipocampo.

Mechanisms

La representación espacial en el cerebro emerge de varios tipos de células especializadas. Las células de lugar hipocampales se activan selectivamente cuando un animal ocupa una ubicación particular, representando colectivamente la posición dentro de un entorno (O'Keefe & Dostrovsky, 1971). En la corteza entorrinal medial, las células de red se activan en múltiples posiciones formando una red triangular regular, proporcionando una métrica para el espacio que apoya la integración de la trayectoria, la actualización de la posición a partir de las señales de automovimiento (Hafting et al., 2005). Estas se complementan con las células de dirección de la cabeza que señalan la dirección de la mirada y con las células de borde que responden a los límites ambientales. En conjunto, se cree que este circuito hipocampal-entorrinal construye y utiliza un mapa cognitivo, integrando la codificación espacial con el papel más amplio del sistema en la memoria episódica (Moser et al., 2008).

Clinical relevance

Dado que el sistema hipocampal-entorrinal apoya tanto la navegación espacial como la memoria, la desorientación y la dificultad de navegación son características informativas en cómo los clínicos e investigadores comprenden condiciones como la enfermedad de Alzheimer, que afecta tempranamente las regiones entorrinal e hipocampal. Esta entrada es una referencia educativa sobre la base neural de la cognición espacial y no es una base para diagnosticar o manejar a ningún individuo.

Evidence & guidelines

El marco se basa en décadas de registro de unidades individuales en animales en libre movimiento, complementado con neuroimagen humana y estudios de lesión (O'Keefe & Dostrovsky, 1971; Hafting et al., 2005), sintetizados en revisiones autorizadas (Moser et al., 2008). El descubrimiento de las células de lugar y de red fue reconocido con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2014, otorgado a O'Keefe y a May-Britt y Edvard Moser.

History

La idea de que los animales forman mapas internos fue propuesta por Edward Tolman en 1948 basándose en el comportamiento. En 1971, O'Keefe y Dostrovsky descubrieron las células de lugar hipocampales, dando al mapa cognitivo una base neural elaborada en el libro de O'Keefe y Nadel de 1978. En 2005, el laboratorio de Moser informó sobre las células de red en la corteza entorrinal, revelando una métrica periódica para el espacio. Estos descubrimientos, reconocidos con el Premio Nobel de 2014, establecieron el sistema hipocampal-entorrinal como el sistema de posicionamiento interno del cerebro.

Debates

¿Está el hipocampo dedicado al espacio o a la memoria de forma más amplia?

La teoría del mapa cognitivo enfatiza la representación espacial, mientras que las explicaciones basadas en la memoria sostienen que la codificación espacial es un ejemplo de un papel más general en la memoria relacional y episódica; conciliar las funciones espaciales y mnemónicas del hipocampo sigue siendo una cuestión activa.

Key figures

• John O'Keefe
• Edvard Moser
• May-Britt Moser
• Lynn Nadel
• Edward Tolman

Seminal works

• okeefe-dostrovsky-1971
• hafting-2005
• moser-2008

Frequently asked questions

¿Qué son las células de lugar y las células de red?

Las células de lugar son neuronas hipocampales que se activan cuando un animal se encuentra en una ubicación específica, representando en conjunto dónde se encuentra. Las células de red son neuronas entorrinales que se activan en muchas ubicaciones dispuestas en una cuadrícula triangular regular, proporcionando una métrica para la distancia y la dirección. Juntas, apoyan un mapa interno utilizado para la navegación.

¿Por qué la misma región cerebral está involucrada tanto en la navegación como en la memoria?

El sistema hipocampal-entorrinal apoya tanto la representación espacial como la memoria episódica. Una visión influyente es que representar dónde y cuándo ocurren los eventos es un marco natural para organizar los recuerdos, por lo que la codificación espacial y la memoria pueden ser dos facetas del mismo sistema relacional, aunque la relación aún se debate.