La Actividad Neuronal de Murciélagos en Vuelo es Medida

La cuestión de cómo los animales se orientan en el espacio ha sido ampliamente estudiada, pero hasta ahora sólo se habían realizado experimentos en configuración de dos dimensiones. En estos se descubrió, por ejemplo, que la orientación se basa en "células de lugar" - neuronas localizadas en el hipocampo, una parte del cerebro relacionada con la memoria, particularmente con la memoria espacial. Cada célula de lugar es responsable de un área espacial, y envía una señal eléctrica cuando el animal se encuentra en esa zona. En conjunto, las células de lugar producen representaciones completas de entornos espaciales. Sin embargo, a diferencia de los experimentos de laboratorio, la navegación de muchos animales en el mundo real, incluyendo los seres humanos, se lleva a cabo en tres dimensiones. Pero en los intentos de ampliar los experimentos de dos a tres dimensiones, los investigadores se habían encontrado con dificultades.

Uno de los más famosos esfuerzos en esta área fue realizado por la Universidad de Arizona y la NASA, en el que mandaron ratas al espacio (a bordo de una nave espacial). Sin embargo, aunque las ratas se movían en gravedad cero, ellas corrían a lo largo de una serie de líneas rectas, que son unidimensionales. Otros experimentos con proyecciones tridimensionales sobre superficies bidimensionales tampoco lograron obtener datos volumétricos. La conclusión fue que con el fin de entender el movimiento en tres dimensiones, en espacios volumétricos, es necesario que los animales puedan moverse a través de las tres dimensiones - es decir, investigar animales en vuelo.

Ulanovsky eligió estudiar el murciélago frugívoro egipcio, una especie de murciélago muy común en Israel. Debido a que estos son relativamente grandes, los investigadores fueron capaces de conectar el sistema de medición inalámbrica de una manera que no restringió los movimientos de los murciélagos. El desarrollo de este sistema de medición sofisticado fue un esfuerzo que tomó varios años. Ulanovsky, en cooperación con una empresa comercial de los Estados Unidos, creó un ligero dispositivo inalámbrico, (aproximadamente 12 gramos, 7% del peso del murciélago), el cual contiene electrodos que miden la actividad individual de las neuronas en el cerebro del murciélago.

El próximo reto que los científicos enfrentaron fue adaptar el comportamiento de sus murciélagos a las necesidades del experimento. Generalmente un murciélago vuela hacia su objetivo, por ejemplo una fruta en un árbol, en línea recta. En otras palabras, sus patrones de vuelo normales son unidimensionales, mientras que el experimento requería que sus vuelos fueran tridimensionales.

 La solución fue encontrada en un estudio previo del grupo de Ulanovsky. En este, murciélagos silvestres fueron rastreados utilizando dispositivos GPS en miniatura. Uno de los descubrimientos fue que cuando los murciélagos llegan a un árbol frutal, vuelan alrededor de ella, utilizando todo el volumen del espacio que rodea el árbol y volando en tres dimensiones. Para simular este comportamiento en el laboratorio - una cueva artificial equipada con una serie de dispositivos de monitoreo de murciélago - el equipo instaló un "árbol" artificial hecho de barras de metal y vasos llenos de frutas.

Midiendo la actividad de las neuronas del hipocampo en el cerebro de los murciélagos se encontró que la representación del espacio tridimensional es similar a la de dos dimensiones: Cada célula de lugar es responsable de identificar un área espacial particular en la "cueva" y envía una señal eléctrica cuando el murciélago se encuentra en esa zona. En conjunto, la población de células de lugar ofrece una cobertura completa de la cueva - izquierda y derecha, arriba y abajo.

Un examen más detallado de las áreas de las cuales cada célula de lugar es responsable, proporcionó una respuesta a una pregunta muy debatida: ¿El cerebro percibe las tres dimensiones del espacio como "iguales", es decir, siente el eje de altura de la misma forma como el de longitud o ancho? Los resultados sugieren que cada célula de lugar responde a un volumen esférico de espacio, es decir, la percepción de las tres dimensiones es uniforme. Los investigadores señalan que, para animales no voladores que, básicamente, se mueven en un espacio plano, los diferentes ejes pueden no ser percibidos con la misma resolución. Puede ser que dichos animales son naturalmente más sensibles a los cambios a lo largo de los ejes de longitud y de ancho que el eje de altura. Esta cuestión es de especial interés cuando se trata de seres humanos porque, por un lado, los humanos evolucionaron de los simios que se mueven en el espacio de tres dimensiones al pasar de rama en rama, pero por otro lado, los seres humanos modernos, viven en la tierra y en general se mueven en un espacio de dos dimensiones.

Los resultados proporcionan nuevos conocimientos sobre algunas de las funciones básicas del cerebro: navegación, memoria espacial y la percepción espacial. En gran medida, esto se debe al desarrollo de tecnología innovadora que permitió echar un primer vistazo al cerebro de un animal volador. Ulanovsky cree que esta tendencia, en  que la investigación es cada vez más "natural", es la futura tendencia en neurociencia. La base neural de la conducta animal será investigada en los laboratorios que simulan condiciones naturales - o incluso sobre los animales en sus hábitats naturales, llevando a cabo sus actividades normales del día a día.

Los proyectos de investigación del Dr. Nachum Ulanovsky son apoyados por la Fundación de la Familia de Rowland y Sylvia Schaefe; la Fundación Mike Rosenbloom; la Fundación Irving B. Harris; la Fundación Angel Faivovich de Investigación Ecológica; el Fondo Fannie Sherr; Sr. y Sra. Steven Harowitz, San Francisco, California; y el Consejo Europeo de Investigación.