¿Cómo crea recuerdos el cerebro?

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En un estudio dirigido por Cedars-Sinai, los investigadores han descubierto dos tipos de células cerebrales que desempeñan un papel clave en la división de la experiencia humana continua en distintos segmentos que pueden recordarse más tarde. El descubrimiento ofrece una nueva promesa como un camino hacia el desarrollo de nuevos tratamientos para los trastornos de la memoria como la demencia y la enfermedad de Alzheimer.

El estudio, parte de un consorcio multiinstitucional de la Iniciativa BRAIN financiado por los Institutos Nacionales de Salud y dirigido por Cedars-Sinai, se publicó en la revista revisada por pares Nature Neuroscience. Como parte de la investigación en curso sobre cómo funciona la memoria, el Dr. Ueli Rutishauser, PhD, profesor de Neurocirugía, Neurología y Ciencias Biomédicas en Cedars-Sinai, y los coinvestigadores observaron cómo reaccionan las células cerebrales a medida que se forman los recuerdos.

«Una de las razones por las que no podemos ofrecer ayuda significativa a alguien que sufre un trastorno de la memoria es que no sabemos lo suficiente sobre cómo funciona el sistema de la memoria», dijo Rutishauser, autor principal del estudio, y agregó que la memoria es fundamental a nosotros como seres humanos.

La experiencia humana es continua, pero los psicólogos creen, basándose en las observaciones del comportamiento de las personas, que el cerebro divide los recuerdos en eventos diferenciados, un concepto conocido como segmentación de eventos. Al trabajar con 19 pacientes con epilepsia resistente a los medicamentos, Rutishauser y su equipo pudieron estudiar cómo funcionan las neuronas durante este proceso.

A los pacientes que participaron en el estudio se les insertaron quirúrgicamente electrodos en el cerebro para ayudar a localizar el foco de sus ataques epilépticos, lo que permitió a los investigadores registrar la actividad de neuronas individuales mientras los pacientes veían clips de película que incluían límites cognitivos.

Si bien estos límites en la vida diaria están matizados, para fines de investigación, los investigadores se centraron en los límites «duros» y «blandos».

«Un ejemplo de un límite blando sería una escena con dos personas caminando por un pasillo y hablando, y en la siguiente escena, una tercera persona se les une, pero sigue siendo parte de la misma narrativa general», dijo Rutishauser, director interino del Centro de Medicina y Ciencias Neurales y la Cátedra de Neurociencias de la Junta de Gobernadores en Cedars-Sinai.

En el caso de un límite duro, la segunda escena podría involucrar a un conjunto completamente diferente de personas que viajan en un automóvil. «La diferencia entre los límites duros y blandos está en el tamaño de la desviación de la narrativa en curso», dijo Rutishauser. «¿Es una historia totalmente diferente, o como una nueva escena de la misma historia?»

Cuando los participantes del estudio vieron fragmentos de películas, los investigadores notaron que ciertas neuronas en el cerebro, a las que llamaron «células límite», aumentaron su actividad después de los límites tanto duros como suaves. Otro grupo de neuronas, denominadas «células de eventos», aumentó su actividad solo en respuesta a límites duros, pero no a límites blandos.

Rutishauser y sus co-investigadores teorizan que los picos en la actividad de las células límite y de eventos, que son más altas después de los límites duros, cuando ambos tipos de células se disparan, envían al cerebro al estado adecuado para iniciar un nuevo recuerdo.

«Una respuesta de límite es como crear una nueva carpeta en la computadora», dijo Rutishauser. «Luego puede depositar archivos allí. Y cuando aparece otro límite, cierra la primera carpeta y crea otra».

Para recuperar recuerdos, el cerebro utiliza picos límite como lo que Rutishauser llama «anclas para viajar mentalmente en el tiempo».

«Cuando tratas de recordar algo, las células cerebrales se activan», dijo Rutishauser. «Luego, el sistema de memoria compara este patrón de actividad con todos los picos de activación anteriores que ocurrieron poco después de los límites. Si encuentra uno que es similar, abre esa carpeta. Retrocedes unos segundos hasta ese punto en el tiempo, y cosas que sucedieron en ese momento se enfocan».

Para probar su teoría, los investigadores dieron a los participantes del estudio dos pruebas de memoria.

Primero mostraron a los participantes una serie de imágenes fijas y les preguntaron si las habían visto o no en los clips de película que se les presentaron. Los participantes del estudio tenían más probabilidades de recordar imágenes que seguían de cerca un límite duro o blando, en el momento que se habría creado una nueva «carpeta de memoria».

Los investigadores también mostraron a los participantes pares de imágenes de fragmentos de películas que habían visto y les preguntaron cuál de las imágenes apareció primero. Los participantes tenían dificultad para recordar el orden correcto de las imágenes que aparecían en lados opuestos de un límite fijo, posiblemente porque el cerebro había segmentado esas imágenes en carpetas de memoria separadas.

Rutishauser mencionó que las terapias que favorecen la segmentación de eventos podrían ayudar a los pacientes con trastornos de la memoria. Incluso algo tan simple como un cambio en la atmósfera puede ampliar los límites del evento, explicó.

«El efecto del contexto es bastante fuerte», comenta Rutishauser. «Si estudias en un lugar nuevo, donde nunca has estado antes, en lugar de en tu sofá donde todo es familiar, crearás un recuerdo mucho más fuerte del material».

El equipo de investigación incluyó al becario postdoctoral Jie Zheng, PhD, y al neurocientífico Gabriel Kreiman, PhD, del Boston Children’s Hospital; el neurocirujano Dr. Taufik A. Valiante, PhD, de la Universidad de Toronto; y Adam Mamelak, MD, profesor de Neurocirugía y director del Programa de Neurocirugía Funcional en Cedars-Sinai.

En estudios de seguimiento, el equipo planea probar la teoría de que las células límite y de eventos activan las neuronas dopaminérgicas cuando se disparan, y que la dopamina, una sustancia química que envía mensajes entre las células, podría usarse como terapia para fortalecer la formación de la memoria.

Rutishauser y su equipo también notaron durante este estudio que cuando las células de eventos se disparaban al mismo tiempo que uno de los ritmos internos del cerebro, el ritmo theta, un patrón repetitivo de actividad relacionado con el aprendizaje, la memoria y la navegación, los sujetos podían recordar mejor el orden de imágenes que habían visto. Esta es un importante nuevo enfoque porque muestra que la estimulación cerebral profunda que ajusta los ritmos theta podría resultar terapéutica para los trastornos de la memoria.

«Se cree que los ritmos theta son el ‘pegamento temporal’ para la memoria episódica», dijo Zheng, primer autor del estudio. «Creemos que la activación de células de eventos en sincronía con el ritmo theta crea enlaces basados en el tiempo a través de diferentes carpetas de memoria».

El estudio fue financiado por las subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud número U01NS103792 y U01NS117839, la subvención de la Fundación Nacional de Ciencias número 8241231216 y Brain Canada.

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