(Santa Bárbara, California) — Aves que migran. Tu gato, regresando a casa después de un día de vagar. Abejas llevando polen a sus colmenas. Tú, encontrándote de regreso a casa sin realmente recordar el viaje del trabajo. La navegación animal es un comportamiento fundamental, tan innato que la mayoría de las veces no notamos que lo estamos haciendo. Y sin embargo, muchas veces al día nosotros (y los animales a nuestro alrededor) encontramos sin error nuestro camino hacia nuestros lugares objetivo, ya sea que se trate de viejas guaridas o nuevos lugares, desde diferentes direcciones e incluso en la oscuridad.
¿Cómo lo hacemos? Esa es la pregunta que el neurobiólogo de la UC Santa Bárbara Sung Soo Kim busca responder; más específicamente, su trabajo implica mapear redes de neuronas involucradas en la orientación. “Mi objetivo final es comprender cómo el cerebro procesa la información visual y genera comandos de navegación para moverse”, dijo.
Con un Premio de Becario 2024 de la Fundación McKnight, Kim está mucho más cerca de su objetivo. Es uno de los 10 neurocientíficos seleccionados por la organización para recibir el prestigioso premio para el inicio de la carrera, que consiste en $75,000 por año durante tres años. Kim es el primer investigador de la UCSB en recibir el premio.
Me siento honrado de recibir este premio”, dijo Kim. “Me ayudará a lograr un progreso sólido en mi investigación. También me da la oportunidad de conectar con los mejores científicos del país”.
Resulta que los animales tienen una variedad de formas de recopilar información de ubicación que luego deben interpretar para tomar decisiones sobre dónde ir. Algunos se basan en puntos de referencia, otros en olores y otros en el campo magnético de la Tierra. Estas entradas y otras se transforman en una representación neuronal del mundo que se cree que tenemos en nuestras mentes para ayudarnos a tomar decisiones de navegación basadas en nuestras metas. Puede ser por eso que podemos evitar obstáculos mientras caminamos por una habitación incluso después de que las luces se han apagado.
¿Cómo sucede esto en el cerebro? Para averiguarlo, Kim construyó un campo de realidad virtual para la mosca de la fruta, un organismo modelo en el que aproximadamente 50 “neuronas de la brújula” están dispuestas a lo largo del exterior de una estructura con forma de rosquilla en sus cerebros llamada cuerpo elipsoide. Esta estructura simple codifica el sentido de dirección de la mosca, y a través del entorno altamente controlado de la arena, los investigadores pueden aplicar estímulos visuales como escenas al aire libre, simular el movimiento y el viento, y observar el cerebro de la mosca atada mientras navega por las escenas virtuales. Es una investigación que, según la Fundación McKnight, “examina el papel combinado de la percepción, la cognición y el control motor, tres subcampos de la neurociencia de sistemas que rara vez están conectados en un solo programa de investigación”.
De particular interés para Kim para este proyecto son las señales que no podríamos ver, pero abundan en el mundo de la mosca de la fruta.
“Los humanos usan muchos puntos de referencia, como edificios y letreros, como señales para navegar por el mundo”, dijo Kim. “Para las moscas, es un poco diferente”. Por un lado, explicó, las moscas de la fruta son parciales a los objetos orientados verticalmente, como los árboles. “Pero lo más importante es la polarización de la luz en el cielo. Hay un patrón de luz muy específico en el cielo que es invisible para los humanos pero que los insectos pueden ver”, dijo.
Al igual que las lentes polarizadas de las gafas de sol filtran las ondas de luz horizontales para reducir el resplandor de los reflejos de la luz solar en el agua o la nieve, o los faros de un automóvil que se aproxima, la atmósfera también filtra parte de la luz solar entrante, lo que crea patrones a los que los insectos son particularmente sensibles. “La polarización, los patrones de luz y el color del estímulo son cosas que los insectos utilizan para la navegación”, agregó Kim, “y quiero entender cómo se procesa esa información en el sistema visual y cómo se transmite al cerebro central donde se realiza la tarea de navegación”.
Las respuestas a las preguntas de Kim contribuirán en gran medida a obtener una comprensión básica de cómo funciona la navegación en los animales y, en última instancia, en los humanos, pero los resultados también pueden tener algunas aplicaciones prácticas inmediatas. Por ejemplo, los vehículos autónomos y los robots que pierden su enlace al GPS podrían cambiar a un modo de navegación alternativo que recopila información de su entorno inmediato y toma decisiones sobre dónde ir en función de esa entrada. Mirando más hacia el futuro, este tipo de investigación también puede conducir a conocimientos sobre condiciones neurológicas, como la enfermedad de Alzheimer, que a menudo afectan las partes del cerebro involucradas en el sentido de ubicación de uno.
“Por supuesto, el cerebro de la mosca está muy lejos del cerebro humano”, dijo Kim. “Pero aún así, comprender cómo funciona el sistema de navegación puede ayudarnos potencialmente a comprender cómo y por qué el cerebro está funcionando mal en estos casos”.
