La memoria y su sincronía

Podríamos pensar que estamos viendo un mapa térmico telescópico de un planeta lejano, con imágenes en miniatura a la derecha que muestran su topografía única. En realidad, lo que estamos viendo es una pequeña región del cerebro que se mide en micrómetros y que destaca como una fascinante frontera de descubrimiento de los orígenes mismos del pensamiento y la cognición.

Se trata de una sección del hipocampo de un ratón, una región del cerebro que realiza múltiples tareas y que es fundamental para la formación de la memoria. Lo que hace que la imagen de la izquierda sea tan interesante es que muestra cuatro neuronas individuales (círculos numerados) que ayudan a formar una memoria.

El cuadro de imágenes de la derecha muestra con más detalle cómo se forma la memoria. Se ven esas mismas cuatro neuronas, con su actividad registrada individualmente. Los colores más fríos -del añil al turquesa- indican una actividad neuronal de fondo o baja; los colores más cálidos -del amarillo al rojo- indican una actividad neuronal alta.

Ahora, concentrémonos  en las filas de la tabla que están etiquetadas como "Inicial". Las cuatro neuronas han respondido a una sesión inicial de entrenamiento en dos partes: el sonido de un tono (columnas sombreadas en gris) seguido de un estímulo (columnas sombreadas en rojo) menos de un minuto después. Las neuronas, aunque activas (patrón multicolor), no se disparan al unísono ni con los mismos niveles de actividad. Todavía no se ha formado una memoria.

Ese no es el caso justo debajo en las filas etiquetadas como "Entrenadas" (Trained). Tras varias rondas de refuerzo de la secuencia uno-dos, las neuronas se disparan al unísono con niveles de actividad comparables en respuesta al tono (gris) seguido del estímulo ahora predecible (rojo). Este proceso de disparo al unísono, llamado sincronización neuronal, codifica la memoria. De hecho, las cuatro neuronas incluso se desactivan al unísono después de cada estímulo (columnas no sombreadas).

Estas fascinantes imágenes son las primeras que muestran una asociación entre la sincronización neuronal de ráfagas y la formación de la memoria dependiente del hipocampo. Este descubrimiento tiene amplias implicaciones, desde la mejora de la memoria hasta el reacondicionamiento de las asociaciones mentales que subyacen al trastorno de estrés postraumático (TEPT).

Esta investigación procede de un equipo dirigido por el investigador Xuanmao Chen, de la Universidad de New Hampshire, Durham, que cuenta con el apoyo de los Institutos de Salud americanos. En el estudio, publicado en la revista científica FASEB Journal, Chen y sus colegas utilizaron tecnología de imagen cerebral profunda para arrojar nueva luz sobre un condicionamiento clásico a la antigua: El entrenamiento pavloviano.

Hace más de un siglo, Ivan Pavlov llevó a cabo experimentos que condicionaban a los perros a salivar al sonido de una campana que señalaba su hora de comer. Este concepto de "condicionamiento clásico" es fundamental para entender cómo los humanos formamos ciertos tipos de recuerdos. Un bebé sonríe al oír la voz de su madre. Las tiendas ponen música navideña a finales de año, con la esperanza de que la asociación positiva con la infancia ponga a los compradores de humor para comprar más regalos. Nuestro teléfono emite un tono distintivo, e inmediatamente revisamos nuestros mensajes de texto. En cada ejemplo, la asociación con un estímulo que de otro modo sería neutro se aprende y se almacena en el cerebro como un recuerdo "declarativo" o explícito.

Los investigadores querían ver qué ocurría en las células neuronales cuando los ratones aprendían una nueva asociación. Aplicaron el paradigma de aprendizaje de Pavlov, entrenando a los ratones en sesiones repetidas mediante el emparejamiento de un tono audible y, unos 30 segundos después, un breve y leve estímulo con el pie. Los ratones detienen instintivamente sus actividades, o se congelan, en respuesta al estímulo del pie. Tras unas cuantas sesiones de entrenamiento con el tono, los ratones también empezaron a congelarse cuando sonaba el tono. Habían formado una respuesta condicionada.

Durante estas sesiones de entrenamiento, Chen y sus colegas pudieron tomar imágenes de alta resolución y en tiempo real del hipocampo. Esto les permitió seguir a las mismas cuatro neuronas a lo largo del día y observar cómo se creaba la memoria, en forma de sincronización neuronal. Más tarde, durante los experimentos de recuerdo, el propio tono provocó tanto el cambio de comportamiento como la respuesta neuronal coordinada, aunque con un poco menos de regularidad. Es algo que experimentamos los humanos cuando, por ejemplo,  olvidamos dónde hemos dejado las llaves.

Los investigadores siguieron captando aún más pruebas. Demostraron que estas neuronas, que pasaron a formar parte del "engrama" almacenado, o ubicación física del recuerdo, ya estaban activas incluso antes de sincronizarse. Este hallazgo contribuye a un trabajo reciente que pone en tela de juicio el paradigma, mantenido durante mucho tiempo, de que las neuronas aptas para la memoria se "encienden" desde un estado silencioso para formar un recuerdo. Los investigadores ofrecieron un nuevo nombre para estas neuronas activas: "cebadas", en contraposición a "silenciosas".

Chen y sus colegas siguen estudiando el proceso de cebado y elaborando más detalles moleculares subyacentes. Intentan determinar cómo se regula el proceso y las neuronas cebadas se sincronizan. Y, por supuesto, la gran pregunta: ¿cómo se traduce esto en una memoria real en otros seres vivos? La próxima ronda de resultados debería ser memorable.

Basado en:

 Induction of activity synchronization among primed hippocampal neurons out of random dynamics is key for trace memory formation and retrieval. Zhou Y, Qiu L, Wang H, Chen X. FASEB J. 2020 Mar;34(3):3658–3676.

 Memory engrams: Recalling the past and imagining the future . Josselyn S, Tonegawa S. Science 2020 Jan 3;367(6473):eaaw4325.