Descubriendo mecanismos celulares de consolidación de engramas y mejora de la memoria.

Piensa en un momento en el que tuviste dos experiencias diferentes pero similares en un corto período de tiempo. Tal vez asististe a dos fiestas en la misma semana o hiciste dos presentaciones en el trabajo. Pronto, puede que te encuentres confundiendo ambas cosas, pero con el tiempo esta confusión disminuye y podrás distinguir mejor entre estas diferentes experiencias.

Nueva investigación publicada en Neurociencia normal Esta investigación, publicada el 19 de enero, revela que este proceso ocurre a nivel celular, hallazgos que son fundamentales para comprender y tratar los trastornos de la memoria, como la enfermedad de Alzheimer.

Los engramas dinámicos almacenan recuerdos

La investigación se centra en los engramas, que son neuronas del cerebro que almacenan información de la memoria.

Los engramas son neuronas que se reactivan para apoyar la recuperación de recuerdos. «Cuando los engramas están desactivados, se produce amnesia».

Dheeraj S. Roy, Ph.D., es uno de los autores principales del artículo y profesor asistente en el Departamento de Fisiología y Biofísica de la Facultad de Medicina y Ciencias Biomédicas Jacobs de la Universidad de Buffalo.

Explica que en los minutos y horas inmediatamente posteriores a la experiencia, el cerebro necesita consolidar el engrama para almacenarlo. «Queríamos saber: ¿Qué sucede durante este proceso de consolidación? ¿Qué sucede entre el momento en que se forma el engrama y el momento en que es necesario recordar ese recuerdo más adelante?»

Los investigadores desarrollaron un modelo computacional para el aprendizaje y la formación de la memoria que comienza con información sensorial, es decir, estímulos. Una vez que esta información llega al hipocampo, la parte del cerebro donde se forman los recuerdos, se activan diferentes neuronas, algunas excitadoras y otras inhibidoras.

Cuando se activan las neuronas del hipocampo, no todas serán estimuladas a la vez. Cuando se forman los recuerdos, Las neuronas que se activan estrechamente en el tiempo pasan a formar parte del engrama y fortalecen su conexión para respaldar la recuperación futura.

«La activación de las células de engrama durante el recuerdo no es un proceso de todo o nada, sino que normalmente necesita alcanzar un umbral (es decir, un porcentaje del engrama original) para un recuerdo efectivo», explica Roy. «Nuestro modelo es el primero en mostrar que la población de engramas es inestable: la cantidad de células de engramas activadas durante el recuerdo disminuye con el tiempo, lo que significa que es inherentemente dinámica, por lo que la siguiente pregunta crítica fue si esto tiene una consecuencia conductual».

Se necesitan engramas dinámicos para diferenciar la memoria.

«Durante el período de consolidación posterior al aprendizaje, el cerebro trabaja activamente para separar las dos experiencias, y esta puede ser una de las razones por las que la cantidad de células engramas activas disminuye con el tiempo en un solo recuerdo», dice. «Si esto es cierto, explicaría por qué el reconocimiento de la memoria mejora con el tiempo. Es como si el recuerdo de la experiencia fuera una gran autopista al principio, pero con el tiempo, durante un período de consolidación de minutos a horas, el cerebro los divide en dos vías». para que puedas distinguir entre los dos.»

Roy y los experimentadores del equipo ahora tenían una hipótesis comprobable, que implementaron utilizando un experimento de comportamiento establecido con ratones. Los ratones fueron expuestos brevemente a dos cajas diferentes con olores y condiciones de iluminación únicos; Uno era un ambiente neutral pero en el segundo box recibieron un leve golpe en el pie.

Unas horas después de ese experimento, los ratones, que normalmente se mueven constantemente, mostraron recuperación de recuerdos de miedo al congelarse cuando se exponen a cualquiera de las cajas. «Demostró que no podían distinguir entre los dos», dice Roy. «Pero a las 12 horas, de repente, solo mostraron miedo cuando fueron expuestos a la caja donde se sentían incómodos durante su primera experiencia. Pudieron diferenciar entre las dos. El animal nos dice que saben que esta caja es la que da miedo». cosa pero hace cinco horas no podían hacer eso”.

Utilizando tecnología sensible a la luz, el equipo pudo detectar neuronas activas en el hipocampo del ratón mientras el animal exploraba las cajas. Los investigadores utilizaron esta técnica para etiquetar neuronas activas y luego medir cuántas células reactivaba el cerebro para recordarlas. También realizaron experimentos que permitieron rastrear una sola célula de engrama a lo largo de las pruebas y el tiempo. «Así que puedo decirte literalmente cómo una célula engrama o un subconjunto de ella respondió a cada entorno a lo largo del tiempo y correlacionarlo con su diferenciación de memoria», explica Roy.

Los estudios computacionales iniciales del equipo predijeron que la cantidad de células de engrama involucradas en un solo recuerdo disminuiría con el tiempo, y los experimentos con animales lo han demostrado.

«Cuando el cerebro aprende algo por primera vez, no sabe cuántas neuronas se necesitan, por lo que se recluta intencionalmente un subconjunto más grande de neuronas», explica. «A medida que el cerebro estabiliza las neuronas, consolidando la memoria, corta neuronas innecesarias, por lo que se necesitan menos, lo que ayuda a separar engramas para diferentes recuerdos».

¿Qué sucede con los trastornos de la memoria?

Los hallazgos tienen relevancia directa para comprender qué funciona mal en los trastornos de la memoria, como la enfermedad de Alzheimer. Para desarrollar tratamientos para tales trastornos, es importante saber qué sucede durante la formación inicial de la memoria, la consolidación y la activación de los engramas de recuerdo, explica Roy.

«Esta investigación nos dice que una posible causa de disfunción de la memoria es que algo sale mal en la ventana temprana después de la formación de la memoria, cuando los engramas deberían cambiar», dice Roy.

Actualmente está estudiando modelos de ratón con enfermedad de Alzheimer temprana para ver si se forman engramas pero no se estabilizan adecuadamente. Ahora que sabemos más sobre cómo funcionan los engramas para formar y estabilizar los recuerdos, los investigadores pueden examinar qué genes cambian en el modelo animal cuando disminuye el número de engramas.

«Podemos observar modelos de ratones y preguntarnos: ¿hay genes específicos que hayan cambiado? Y si es así, finalmente tenemos algo que probar. Podemos modificar esos genes». '«Optimizaciones o consolidaciones del engrama para ver si eso tiene un papel en la mejora del rendimiento de la memoria», dice.

Ahora en la Escuela Jacobs, Roy llevó a cabo la investigación mientras era becario McGovern en el Instituto Broad del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y la Universidad de Harvard. Roy es uno de los tres neurocientíficos designados para la Escuela Jacobs este año para lanzar un nuevo enfoque en neurociencia de sistemas en el Departamento de Fisiología y Biofísica de la escuela.

Los coautores del artículo son del Imperial College London; Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria; el Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro del MIT; y el Centro de Ciencias de la Vida y el Instituto IDG/McGovern para la Investigación del Cerebro de la Universidad de Tsinghua en China.

El trabajo fue financiado por una beca de doctorado del presidente del Imperial College de Londres; Bienvenido Confianza; Consejo de Investigaciones en Biotecnología y Ciencias Biológicas; Fundación Simmons; Consejo de Investigaciones en Ingeniería y Ciencias Físicas; Facultad de Ciencias de la Vida y el Instituto IDG/McGovern para la Investigación del Cerebro. Roy contó con el apoyo del Premio al Investigador Distinguido Warren Alpert y los Institutos Nacionales de Salud.