Ciencia

Demuestran que la memoria reside en células específicas del cerebro

Demuestran que la memoria reside en células específicas del cerebro.

Fuente: bitnavegante

Nuestros recuerdos más dulces o temerosos, como el primer beso o un golpe por la noche, dejan huellas en la memoria que pueden evocar el recuerdo de cosas pasadas completo en el tiempo, lugar y con todas las sensaciones de la experiencia. Los neurocientíficos llaman a estas huellas de memoria, engramas.

Pero, ¿los engramas son conceptos o una red física de neuronas del cerebro? En un nuevo estudio del MIT, los investigadores utilizaron la optogenética para mostrar que los recuerdos residen realmente en células del cerebro muy específicas, y que simplemente activando una pequeña fracción de células del cerebro se puede recordar una memoria completa, lo que explica, por ejemplo, cómo Marcel Proust pudo recapitular su infancia a partir del aroma de una magdalena.

“Se demuestra que el comportamiento basado en la cognición de alto nivel, como la expresión de una memoria específica, se pueden generar en un mamífero mediante la activación física, muy específica, de una pequeña subpoblación determinada de células cerebrales, en este caso por la luz”, afirma Susumu Tonegawa, profesor de Picower de Biología y Neurociencia en el MIT, y autor principal del estudio publicado en la revista Nature. “Este test, rigurosamente diseñado, está basado en las observaciones del neurocirujano canadiense Wilder Penfield, en la lejana década de 1900, que sugirió que la mente se basa en la materia.”

El famoso cirujano, Penfield, trataba a los pacientes epilépticos sacando las partes del cerebro donde se originaban los ataques. Y para asegurarse de que sólo destruía las neuronas problemáticas, estimulaba el cerebro con pequeñas sacudidas eléctricas, en tanto los pacientes, que estaban bajo anestesia local, informaban de lo que estaban experimentando. Sorprendentemente, algunos recordaban vivamente eventos complejos enteros cuando Penfield estimulaba sólo unas pocas neuronas del hipocampo, una región que ahora se considera esencial para la formación y recuperación de la memoria episódica.

Los científicos han continuado explorando este fenómeno, pero hasta ahora, nunca se había demostrado que una reactivación directa del hipocampo fuese suficiente para causar la recuperación de la memoria.

Arrojando luz sobre el asunto

En un avance rápido de introducción a la optogenética, hace ahora unos siete años, se pudo estimular las neuronas que están genéticamente modificadas para expresar proteínas activadas por la luz. “Pensamos que podríamos usar esta nueva tecnología para probar directamente la hipótesis de la codificación y almacenamiento de la memoria en un mimético experimento”, dice el co-autor Xu Liu, investigador postdoctoral en el laboratorio de Tonegawa.

“Queríamos activar artificialmente una memoria, sin la habitual experiencia requerida sensorial, que proveyera de evidencia experimental de que los fenómenos, hasta los efímeros, como los recuerdos personales, residen en la maquinaria física del cerebro”, explica Steve Ramírez, coautor y estudiante graduado en el laboratorio de Tonegawa.

Lo que primero identificaron los investigadores fue un conjunto específico de células cerebrales del hipocampo, que son las que se activan solamente cuando el ratón estaba aprendiendo algo nuevo de su entorno. Determinaron qué genes se activan en dichas células, emparejaron ambos con la canalrodopsina-2 (ChR2), una proteína activada por la luz, utilizada en optogenética.

Posteriormente, se estudiaron ratones con este emparejado genético en las células de la circunvolución dentada del hipocampo, usando pequeñas fibras ópticas para proporcionar pulsos de luz a las neuronas. La proteína activada por la luz se expresaba sólo en las neuronas implicadas en el aprendizaje experimental (una ingeniosa manera, que les permitía etiquetar la red física de neuronas asociadas a un engrama de memoria específico para una experiencia específica).

Por último, los ratones entraron en un entorno determinado y, después de unos minutos de exploración, recibieron una ligera descarga en sus pies, aprendieron a temer el entorno particular donde se producía la descarga. Las células activadas del cerebro durante el condicionamiento de miedo fueron etiquetadas con ChR2. Más tarde, cuando fueron expuestos a disparos de pulsos de luz en un entorno completamente diferente, las neuronas implicadas en la memoria del miedo se activaron, y los ratones rápidamente adoptaron una postura defensiva, quedándose inmóviles.

Memoria falsa

Este congelamiento inducido por la luz sugiere que los animales están en realidad recuperando la memoria de la descarga. Los ratones parecen apercibirse de esta iteración de la memoria de miedo, aunque la memoria se reactivó de forma artificial. “Nuestros resultados muestran que las memorias realmente residen en células del cerebro muy específicas”, dice Liu, “y simplemente al reactivar estas células por medios físicos, como la luz, se puede recuperar una memoria completa.”

Citando al filósofo francés del siglo XVII, que escribió: “Pienso, luego existo”, dice Tonegawa, “René Descartes, no creía que la mente pueda ser estudiada como la ciencia natural. Estaba equivocado. Este método experimental es la mejor manera de demostrar que la mente, igual que la memoria recuperada, se basa en cambios materiales.”

“Este notable trabajo exhibe el poder de combinar las últimas tecnologías para abordar uno de los problemas centrales de la neurobiología”, señala Charles Stevens, profesor del Instituto Salk, que no participó en esta investigación. “El hecho de mostrar que tras la reactivación de las neuronas que estaban activas durante el aprendizaje, se puede reproducir el comportamiento que aprendido, es sin duda todo un logro.”

Este método también puede tener aplicaciones en el estudio de enfermedades neurodegenerativas y neuropsiquiátricas. “Cuanto más sabemos acerca de las piezas que conforman nuestro cerebro”, dice Ramírez, “mejor equipados estaremos para averiguar lo que sucede cuando estas piezas se rompen.”

Otros colaboradores de este estudio fueron Karl Deisseroth, de la Universidad de Stanford, cuyo laboratorio desarrolla la optogenética, y Petti T. Pang, Corey B. Puryear y Arvind Govindarajan, del Centro RIKEN-MIT, de Circuitos Genéticos neurales en el Instituto Picower, para el Aprendizaje y la Memoria del MIT. El trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud y del RIKEN Brain Science Institute.