Neil Burgess: How your brain tells you where you are

Neil Burgess: ¿Cómo el cerebro nos dice dónde estamos?

Traductor: Andrea Pisera Revisor: Lidia Cámara de la Fuente

When we park in a big parking lot,

Al aparcar en un estacionamiento grande,

how do we remember where we parked our car?

¿Cómo hacemos para recordar dónde estacionamos?

Here's the problem facing Homer.

Éste es el problema que enfrenta Homero.

And we're going to try to understand

Y trataremos de comprender

what's happening in his brain.

qué sucede en su cerebro.

So we'll start with the hippocampus, shown in yellow,

Comenzaremos con el hipocampo, en amarillo,

which is the organ of memory.

que es el órgano de la memoria.

If you have damage there, like in Alzheimer's,

Si se daña, como sucede en la enfermedad de Alzheimer,

you can't remember things including where you parked your car.

no se pueden recordar cosas como dónde estacionamos el auto.

It's named after Latin for "seahorse,"

Es el nombre en latín de “caballo de mar”,

which it resembles.

debido a su semejanza.

And like the rest of the brain, it's made of neurons.

Y como el resto del cerebro, está compuesto de neuronas.

So the human brain

Así el cerebro humano

has about a hundred billion neurons in it.

posee un centenar de millones de neuronas.

And the neurons communicate with each other

Éstas se comunican entre sí

by sending little pulses or spikes of electricity

enviando pequeños impulsos o picos eléctricos

via connections to each other.

mediante sus conexiones.

The hippocampus is formed of two sheets of cells,

El hipocampo está formado por dos láminas de células

which are very densely interconnected.

densamente conectadas.

And scientists have begun to understand

Los científicos comenzaron a comprender

how spatial memory works

cómo funciona la memoria espacial

by recording from individual neurons

rastreando las neuronas individuales

in rats or mice

en ratas o ratones

while they forage or explore an environment

mientras ellos exploran el ambiente

looking for food.

en busca de alimento.

So we're going to imagine we're recording from a single neuron

Imaginemos que registramos una neurona

in the hippocampus of this rat here.

del hipocampo de esta rata de aquí.

And when it fires a little spike of electricity,

Y al disparar un impulso eléctrico, es decir, el potencial de acción,

there's going to be a red dot and a click.

aparecerá un punto rojo y un clic.

So what we see

Así, lo que vemos

is that this neuron knows

es que esta neurona sabe

whenever the rat has gone into one particular place in its environment.

cuándo la rata ha entrado a un lugar particular de su ambiente

And it signals to the rest of the brain

y envía señales al resto del cerebro

by sending a little electrical spike.

mediante pequeños destellos eléctricos.

So we could show the firing rate of that neuron

Así, podemos mostrar el índice de disparo de esa neurona,

as a function of the animal's location.

como una función de la ubicación del animal.

And if we record from lots of different neurons,

Y si hacemos un registro de un montón de neuronas diferentes,

we'll see that different neurons fire

veremos que las neuronas disparan

when the animal goes in different parts of its environment,

cuando el animal recorre diferentes entornos,

like in this square box shown here.

como lo muestra este recuadro.

So together they form a map

Juntas forman un mapa

for the rest of the brain,

para el resto del cerebro,

telling the brain continually,

diciéndole constantemente:

"Where am I now within my environment?"

“¿Dónde me encuentro en mi ambiente?”

Place cells are also being recorded in humans.

Las células de lugar se registran también en los humanos.

So epilepsy patients sometimes need

Los epilépticos, algunas veces, necesitan

the electrical activity in their brain monitoring.

el monitoreo de la actividad eléctrica de sus cerebros.

And some of these patients played a video game

Y algunos de estos pacientes jugaron un video juego

where they drive around a small town.

donde conducían alrededor de un pequeño pueblo.

And place cells in their hippocampi would fire, become active,

Las células de lugar en el hipocampo dispararían, se activarían,

start sending electrical impulses

y comienzan a enviar impulsos eléctricos

whenever they drove through a particular location in that town.

cada vez que recorren los espacios de esa ciudad.

So how does a place cell know

¿Cómo sabe una célula de lugar

where the rat or person is within its environment?

dónde se encuentra la rata dentro de su ambiente?

Well these two cells here

Pues bien, estas dos células

show us that the boundaries of the environment

muestran que los límites del ambiente

are particularly important.

son especialmente importantes.

So the one on the top

Así, la de la parte superior

likes to fire sort of midway between the walls

interviene disparando desde la mitad

of the box that their rat's in.

entre las paredes de la caja donde está su rata.

And when you expand the box, the firing location expands.

Y cuando se expande la caja, el potencial de acción se expande.

The one below likes to fire

La neurona de abajo interviene disparando

whenever there's a wall close by to the south.

cada vez que hay una pared cerca hacia el Sur.

And if you put another wall inside the box,

Y si agregan otra pared,

then the cell fires in both place

la célula dispara en ambos lados

wherever there's a wall to the south

cada vez que hay una pared al Sur

as the animal explores around in its box.

mientras el animal explora la caja.

So this predicts

Así, esto predice la percepción

that sensing the distances and directions of boundaries around you --

de las distancias y direcciones de los límites que nos rodean,

extended buildings and so on --

los espacios ampliados, etc.,

is particularly important for the hippocampus.

son particularmente importantes para el hipocampo.

And indeed, on the inputs to the hippocampus,

Y efectivamente, en las entradas del hipocampo,

cells are found which project into the hippocampus,

hay células que se proyectan en el hipocampo,

which do respond exactly

las que responden precisamente

to detecting boundaries or edges

a detectar límites o bordes

at particular distances and directions

a distancias determinadas y direcciones

from the rat or mouse

desde donde la rata o ratón

as it's exploring around.

se encuentra explorando.

So the cell on the left, you can see,

Así pueden ver que, la célula de la izquierda

it fires whenever the animal gets near

dispara cada vez que el animal se acerca

to a wall or a boundary to the east,

a la pared o a un límite por el Este,

whether it's the edge or the wall of a square box

así sea el borde o la pared de un espacio cuadrado

or the circular wall of the circular box

o la pared de un espacio circular,

or even the drop at the edge of a table, which the animals are running around.

o incluso el borde de una mesa cuando el animal la recorre.

And the cell on the right there

Y la célula de la derecha,

fires whenever there's a boundary to the south,

dispara cada vez que hay un borde al Sur,

whether it's the drop at the edge of the table or a wall

así se trate del borde de una mesa o una pared,

or even the gap between two tables that are pulled apart.

o incluso, el espacio entre dos mesas separadas.

So that's one way in which we think

Ésta es una de las maneras que pensamos cómo las células de lugar

place cells determine where the animal is as it's exploring around.

determinan dónde el animal se encuentra cuando explora.

We can also test where we think objects are,

Incluso podemos probar dónde pensamos que se encuentran los objetos,

like this goal flag, in simple environments --

como esta bandera en situaciones simples,

or indeed, where your car would be.

o incluso, dónde estaría su auto.

So we can have people explore an environment

Así puede haber gente que explore el ambiente

and see the location they have to remember.

y que observe la ubicación que tienen que recordar.

And then, if we put them back in the environment,

Si los llevamos nuevamente al ambiente,

generally they're quite good at putting a marker down

generalmente suelen marcar correctamente

where they thought that flag or their car was.

dónde creen que estaba la bandera o el auto.

But on some trials,

Pero en algunos intentos,

we could change the shape and size of the environment

podríamos cambiar la forma y el tamaño del ambiente,

like we did with the place cell.

como lo hicimos con la célula de lugar.

In that case, we can see

En ese caso, podemos ver

how where they think the flag had been changes

cómo creen que la bandera había cambiado,

as a function of how you change the shape and size of the environment.

en función de cómo se modifica la forma y el tamaño del entorno.

And what you see, for example,

Y lo que observan, por ejemplo, es si la bandera

if the flag was where that cross was in a small square environment,

estaba en la cruz del espacio pequeño cuadrangular.

and then if you ask people where it was,

Si luego preguntan a la gente dónde estaba,

but you've made the environment bigger,

pero agrandaron el espacio

where they think the flag had been

dónde ellos creen que la bandera

stretches out in exactly the same way

estaba desplegada de la misma manera

that the place cell firing stretched out.

que el disparo de la célula de lugar desplegó.

It's as if you remember where the flag was

Es como si se recordara dónde estaba la bandera

by storing the pattern of firing across all of your place cells

almacenando el patrón de disparo a través de todas las células de lugar

at that location,

en ese sitio,

and then you can get back to that location

y entonces pueden volver allí

by moving around

desplazándose para corresponder

so that you best match the current pattern of firing of your place cells

el patrón actual de disparo de sus células de lugar

with that stored pattern.

con el patrón almacenado.

That guides you back to the location that you want to remember.

Eso los guía hacia la ubicación que quieren recordar.

But we also know where we are through movement.

Pero también sabemos dónde estamos a través del movimiento.

So if we take some outbound path --

Cuando aparcamos y nos alejamos

perhaps we park and we wander off --

y tomamos algún camino de salida,

we know because our own movements,

sabemos dónde estamos por nuestros movimientos,

which we can integrate over this path

que integramos a ese camino

roughly what the heading direction is to go back.

dirigiéndonos hacia ese punto de salida.

And place cells also get this kind of path integration input

Y las células de lugar también logran integrar ese camino de salida

from a kind of cell called a grid cell.

a través de un tipo de célula llamada celda de la cuadrícula.

Now grid cells are found, again,

Las celdas de la cuadricula, de nuevo,

on the inputs to the hippocampus,

se encuentran en las entradas al hipocampo

and they're a bit like place cells.

y son similares a las células de lugar.

But now as the rat explores around,

Mientras la rata explora alrededor,

each individual cell fires

cada célula se dispara

in a whole array of different locations

en una variedad de direcciones

which are laid out across the environment

desplegadas en el ambiente asombrosamente

in an amazingly regular triangular grid.

en forma de cuadrícula, pero triangular.

And if you record from several grid cells --

Y si registramos algunas células,

shown here in different colors --

vistas aquí en diferentes colores, cada una de ellas

each one has a grid-like firing pattern across the environment,

tiene un patrón de disparo de la cuadrícula a través del ambiente,

and each cell's grid-like firing pattern is shifted slightly

y cada patrón de disparo de la celda de la cuadrícula,

relative to the other cells.

se desplaza ligeramente en relación a las otras células.

So the red one fires on this grid

Por lo tanto, la roja dispara en esta cuadrícula,

and the green one on this one and the blue on on this one.

la verde en ésta, y la azul en ésta.

So together, it's as if the rat

Así juntas, es como si la rata

can put a virtual grid of firing locations

situara una cuadrícula virtual de disparos

across its environment --

en todo su entorno,

a bit like the latitude and longitude lines that you'd find on a map,

algo así como las líneas de longitud y latitud de los mapas,

but using triangles.

pero utilizando triángulos.

And as it moves around,

Y a medida que se desplaza,

the electrical activity can pass

la actividad eléctrica puede transferirse

from one of these cells to the next cell

de una de las células a la otra

to keep track of where it is,

para rastrear dónde se encuentra,

so that it can use its own movements

y así utilizar sus propios movimientos

to know where it is in its environment.

para saber dónde está en su entorno.

Do people have grid cells?

¿Las personas tienen celdas de cuadrícula?

Well because all of the grid-like firing patterns

Bueno, que todos los patrones de disparo de la cuadrícula

have the same axes of symmetry,

tengan los mismos ejes de simetría,

the same orientations of grid, shown in orange here,

las mismas orientaciones de la cuadrícula, que aquí están en naranja,

it means that the net activity

significa que la actividad de la red

of all of the grid cells in a particular part of the brain

de todas las celdas de la cuadrícula en un lugar particular del cerebro

should change

deberían cambiar

according to whether we're running along these six directions

de acuerdo a si corremos en estas 6 direcciones

or running along one of the six directions in between.

o si lo hacemos a lo largo de una de las 6 direcciones entremedio.

So we can put people in an MRI scanner

Entonces, podemos poner a una persona en el escáner de RMI

and have them do a little video game

y darle un pequeño video para jugar

like the one I showed you

como el que les mostré

and look for this signal.

y observar las señales.

And indeed, you do see it in the human entorhinal cortex,

Y de hecho, esto se observa en la corteza entorrinal, que está en la misma parte del cerebro

which is the same part of the brain that you see grid cells in rats.

en la que observamos las celdas de cuadrícula en las ratas.

So back to Homer.

Entonces volviendo a Homero.

He's probably remembering where his car was

Él, probablemente, recuerda donde estaba su auto,

in terms of the distances and directions

en términos de direcciones y distancias

to extended buildings and boundaries

con los edificios y límites

around the location where he parked.

del lugar donde estacionó.

And that would be represented

Y podría representarse mediante

by the firing of boundary-detecting cells.

el disparo de las células detectoras de limites.

He's also remembering the path he took out of the car park,

Él también recuerda el camino que tomó para salir del estacionamiento,

which would be represented in the firing of grid cells.

el que estaría representado en el disparo de las celdas de la cuadrícula.

Now both of these kinds of cells

Ahora los dos tipos de células

can make the place cells fire.

pueden hacer disparar a las células de lugar.

And he can return to the location where he parked

Y él puede volver al lugar donde estacionó

by moving so as to find where it is

moviéndose hasta encontrarlo,

that best matches the firing pattern

hasta que el patrón de disparo

of the place cells in his brain currently

de las células de lugar en su cerebro

with the stored pattern where he parked his car.

encaje con el patrón que almacenó al estacionar.

And that guides him back to that location

Y eso lo guía hacia el lugar,

irrespective of visual cues

independientemente de las señales visuales,

like whether his car's actually there.

como por ejemplo, si el auto está realmente allí.

Maybe it's been towed.

Tal vez ha sido remolcado.

But he knows where it was, so he knows to go and get it.

Pero él sabe dónde estaba, así que sabe donde ir a buscarlo.

So beyond spatial memory,

Entonces, mas allá de la memoria espacial,

if we look for this grid-like firing pattern

si buscamos el patrón de disparo de la cuadrícula

throughout the whole brain,

en todo el cerebro

we see it in a whole series of locations

lo veremos en toda una serie de lugares

which are always active

que están siempre activos cuando realizamos

when we do all kinds of autobiographical memory tasks,

toda clase de tareas de la memoria autobiográfica,

like remembering the last time you went to a wedding, for example.

como por ejemplo, recordar la última boda a la que asistimos.

So it may be that the neural mechanisms

Así, puede ser que los mecanismos neuronales

for representing the space around us

para representar el espacio que nos rodea

are also used for generating visual imagery

también sean utilizados para generar imágenes visuales

so that we can recreate the spatial scene, at least,

y así poder recrear la escena espacial

of the events that have happened to us when we want to imagine them.

de los eventos del pasado cuando queremos representarlos.

So if this was happening,

Si esto sucedió,

your memories could start by place cells activating each other

su memoria comenzaría activando entre sí las células de lugar

via these dense interconnections

a través de esta densa conexión

and then reactivating boundary cells

y así reactivando células de frontera

to create the spatial structure

para crear la estructura espacial

of the scene around your viewpoint.

de la escena alrededor de su punto de vista.

And grid cells could move this viewpoint through that space.

Y las celdas de la cuadrícula pueden mover esta perspectiva a través de ese espacio.

Another kind of cell, head direction cells,

Otro tipo de células, las células de dirección de la cabeza,

which I didn't mention yet,

que no había mencionado,

they fire like a compass according to which way you're facing.

orientan como una brújula el camino a recorrer.

They could define the viewing direction

Ellas pueden precisar la dirección de visualización

from which you want to generate an image for your visual imagery,

desde la cual se desea formar una imagen para las imágenes visuales de uno,

so you can imagine what happened when you were at this wedding, for example.

y así se podrá representar que pasó en la boda a la que se asistió, por ejemplo.

So this is just one example

Éste es solo un ejemplo

of a new era really

de una nueva era

in cognitive neuroscience

en neurociencia cognitiva

where we're beginning to understand

donde estamos comenzando a comprender

psychological processes

los procesos psicológicos, tales como

like how you remember or imagine or even think

de qué manera recordamos o imaginamos, o alguna vez pensamos

in terms of the actions

en términos de actos de miles de millones

of the billions of individual neurons that make up our brains.

de neuronas individuales que componen nuestro cerebro.

Thank you very much.

Muchas gracias.

(Applause)

(Aplausos)