Esta es la peculiar manera que usa el cerebro para recordar

Científicos del Instituto Zuckerman de Columbia (Estados Unidos) han arrojado luz sobre cómo el cerebro puede formar recuerdos duraderos a través de experimentos con ratones.

Los científicos han descubierto un mecanismo sorprendente mediante el cual el hipocampo, una región cerebral crítica para la memoria, construye puentes a través del tiempo: disparando ráfagas de actividad que parecen aleatorias, pero, de hecho, conforman un patrón complejo que, con el tiempo, ayuda al cerebro a aprenderasociaciones.

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Al revelar los circuitos subyacentes detrás del aprendizaje asociativo, los hallazgos sientan las bases para una mejor comprensión de la ansiedad y los trastornos relacionados con el estrés y el trauma, como el pánico y los trastornos de estrés postraumáticos, en los que un evento aparentemente neutral puede resultar en una respuesta negativa. "Sabemos que el hipocampo es importante en las formas de aprendizaje que implican vincular dos eventos que ocurren con de diez a 30 segundos de diferencia", explica Attila Losonczy, investigadora principal en el Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behavior Institute de Columbia y autora principal del estudio a Medical Xpress. Esta habilidad es una clave para la supervivencia, pero los mecanismos detrás de ella han demostrado ser esquivos. Con el estudio de hoy en ratones, hemos mapeado los cálculos complejos que el cerebro realiza con el fin de vincular eventos distintos que están separados en el tiempo"..

Menor actividad de la prevista

El hipocampo, una pequeña región en forma de caballito de mar enterrada en lo profundo del cerebro, es una sede importante para el aprendizaje y la memoria. Experimentos anteriores en ratones mostraron que la interrupción del hipocampo deja a los animales con problemas para aprender a asociar dos eventos separados por decenas de segundos. "La opinión predominante ha sido que las célulasen el hipocampo mantienen un nivel de actividad persistente para asociar tales eventos", señala Mohsin Ahmed, profesor asistente de Psiquiatría Clínica en el Vagelos College of Physicians and Surgeons de Columbia y coautor del estudio. "Apagar estas células perturbaría así el aprendizaje".

"El cerebro no mantiene la actividad continua porque, metabólicamente, esa no es la manera más eficiente de almacenar información"

Para probar esta visión tradicional, los investigadores tomaron imágenes de partes del hipocampo de ratones, ya que los animales estaban expuestos a dos estímulos diferentes: un sonido neutro seguido de una pequeña pero desagradable bocanada de aire. Un retraso de quince segundos separaba los dos eventos. Los científicos repitieron este experimento en varios ensayos. Con el tiempo, los ratones aprendieron a asociar el tono con la bocanada de aire que venía a continuación. Utilizando microscopía avanzada de dos fotones e imágenes funcionales de calcio, registraron la actividad de miles de neuronas, un tipo de célula cerebral, en el hipocampo de los animales simultáneamente en el transcurso de cada ensayo durante muchos días.

"Con este enfoque, podríamos imitar, aunque de una manera más simple, el proceso que realiza nuestro propio cerebro cuando aprendemos a conectar dos eventos", afirman los investigadores. "Esperábamos ver actividad neuronal repetitiva y continua que persistiera durante la brecha de quince segundos, una indicación del trabajo del hipocampo que vinculara el tono auditivo y el soplo de aire", comenta el neurocientífico computacional Stefano Fusi, investigador principal del Instituto Zuckerman de Columbia. "Pero cuando comenzamos a analizar los datos, no vimos tal actividad".

Vía para el tratamiento de trastornos

En cambio, la actividad neuronal registrada durante el intervalo de tiempo de quince segundos fue escasa. Sólo se dispararon un pequeño número de neuronas y lo hicieron aparentemente al azar. Esta actividad esporádica se veía claramente diferente de la actividad continua que el cerebro muestra durante otras tareas de aprendizaje y memoria, como memorizar un número de teléfono. "La actividad parece venir en ráfagas en períodos de tiempo intermitentes y aleatorios a lo largo de la tarea. Para entender la actividad, tuvimos que cambiar la forma en que analizábamos los datos y utilizar herramientas diseñadas para dar sentido a los procesos aleatorios".

En última instancia, los investigadores descubrieron un patrón en la aleatoriedad: un estilo de computación mental que parece ser una manera notablemente eficiente en la que las neuronas almacenan información. En lugar de comunicarse constantemente, las neuronas ahorran energía, tal vez codificando información en las conexiones entre las células, llamadas sinapsis, en lugar de a través de la actividad eléctrica de las células. "Estábamos felices de ver que el cerebro no mantiene la actividad continua durante todos estos segundos porque, metabólicamente, esa no es la manera más eficiente de almacenar información", aclara Fusi. "El cerebro parece tener una manera más eficiente de construir este puente, que sospechamos que puede implicar cambiar la fuerza de las sinapsis".

Además de ayudar a mapear los circuitos involucrados en el aprendizaje asociativo, estos hallazgos también proporcionan un punto de partida para explorar más profundamente los trastornos que implican disfunciones en la memoria asociativa, como el pánico y el trastorno deestrés postraumático.