Rol de la corteza parietal posterior en la navegación espacial

Abstract

La navegación espacial es el proceso por el cual los organismos usando múltiples fuentes de orientación pueden determinar una ruta hacia una meta y luego navegar hacia ella, para lo cual requieren de la integración de información proveniente de múltiples estímulos internos y externos, que permiten la generación de un mapa cognitivo-espacial. La vía de integración es un mecanismo que, mediante la integración de señales corporales internas, permite a los organismos estimar y adaptar continuamente la posición en el espacio por el cual se desplazan. Sin embargo, los animales se mueven en entornos ricos en claves ambientales (visuales, auditivas, olfativas), que hacen necesario contar con mecanismos neurales que le permitan integrar estos múltiples tipos de información, de manera tal que puedan transformar esos estímulos en movimientos fluidos para navegar hacia un objetivo determinado. Un potencial mediador en dicho proceso corresponde a la corteza parietal posterior. Se ha descrito que esta estructura podría tener un rol fundamental en los circuitos neuronales que permiten la integración de la información alocéntrica con la egocéntrica/idiotética en conductas normales de navegación dirigidas a un objetivo, gracias a que se ha evidenciado electrofisiológicamente su participación en funciones importantes para la navegación espacial como la planificación de rutas, planificación del movimiento, asociación con estados de auto movimiento (velocidad, aceleración, ángulo de giro), entre otras. Parte importante de la literatura referente a la dinámica de descarga de las células de esta corteza describen que estas neuronas presentan campos de descarga con una pobre asociación espacial, lo que contrasta con lo que se puede observar en los “place field” de las neuronas hipocampales, en los que la discordancia entre la orientación ambiental y el sentido de dirección idiotética pueden afectar severamente el mapa espacial, reflejando que la vía de integración es altamente sensible a las claves externas. Si bien existe evidencia que demuestra que la corteza parietal posterior tiene campos de descarga con una asociación principalmente por acciones y movimientos corporales específicos, y que esta dinámica neuronal es independiente de la configuración externa de los ambientes por el cual navega un animal, esto no se ha demostrado en entornos ni en tareas que impliquen un proceso de reorientación espacial, con claves de información externa-interna discordantes. Este aspecto podría resultar fundamental para clarificar el rol de esta corteza en la mediación de la información alocéntrica y egocéntrica/idiotética. El objetivo principal de este trabajo fue evaluar los cambios en la actividad neuronal de la corteza parietal posterior entre ambientes con orientaciones discordantes que favorecen una vía de integración lineal o angular. Para determinar esto se registró la actividad eléctrica unitaria de la corteza parietal posterior en el hemisferio izquierdo de ratas con movimiento libre, con el propósito de establecer el perfil de codificación de neuronas únicas frente a variables del dominio espacial (Correlación Espacial, Contenido de Información Espacial y Remapeo de frecuencias) como de aquellas variables derivadas del propio movimiento del animal (Velocidad, Aceleración y Ángulo de giro). En el presente estudio, y por primera vez descrito en la literatura, se pudo evidenciar a través de electrofisiología in vivo que las neuronas de la corteza parietal posterior son sensibles a la estructura espacial en la cual un roedor está inmerso, más a variables de codificación del espacio que a las variables conductuales como la Aceleración o el Ángulo de giro.

Spatial navigation is how organisms using multiple cue sources can estimate a route to reach a target zone and then navigate to it. Integrating information from multiple internal and external stimuli is required to generate a cognitive-spatial map. Path integration is a mechanism that integrates internal bodily signals allowing the animals to continuously estimate and update their position in the space through which they move. However, animals move in environments rich in external cues (visual, auditory, olfactory), so it is necessary to have neural mechanisms that allow them to integrate multiple types of information to transform these stimuli into fluid movements to navigate toward a particular goal. A potential mediator in this process corresponds to the posterior parietal cortex. It has been described that this cortex could play a fundamental role in integrating allocentric with egocentric/idiotetic information in normal goal-directed behaviors. In addition, electrophysiological evidence has demonstrated an essential role for this cortex in spatial navigation, such as route planning, movement planning, and self-motion states association (velocity, acceleration, turning angle), among others. Several studies of the neuronal dynamics of this cortex describe that these neurons present firing fields with a poor spatial association, which contrasts with what can be observed in hippocampal "place cells", where the discordance between environmental orientation and idiotetic sense of direction can severely affect the spatial map, reflecting that the path integration is highly sensitive to external cues. While there is evidence showing that the posterior parietal cortex has fire properties that are primarily related to specific actions and movements, independent of the external configuration of the environments where animals navigate, this has not been studied in

environments or tasks that imply a spatial reorientation process, with discordant external- internal information cues. This aspect could be essential to clarify the role of this cortex in

mediating allocentric and egocentric/idiotetic information. This work aimed to evaluate the changes in neuronal activity of the posterior parietal cortex between environments with discordant orientations that prompt a linear or angular path integration. To determine this, the unitary electrical activity of the posterior parietal cortex in the left hemisphere of rats with free movement was recorded, with the purpose of establishing the encoding profile of single neurons against spatial domain variables (Spatial Correlation, Spatial Information Content and Rate Remap) as well as those variables derived from the animal's self-motion (Speed, Acceleration and Turning Angle). In the present study, for the first time described in the literature, it was possible to demonstrate by in vivo electrophysiology that the neurons of the posterior parietal cortex are sensitive to the spatial structure in which a rodent is navigating and is more sensitive to spatial coding variables than to those related to the movement by itself.