Neurociencia del aprendizaje en la vida temprana en C. elegans

WIKIMEDIA, BOB GOLDSTEINELa exposición en la vida temprana a bacterias patógenas puede inducir una memoria olfativa impresa de por vida en C. elegans a través de dos circuitos neuronales distintos, según un estudio publicado hoy (11 de febrero) en Cell. Investigadores de la Universidad Rockefeller en la ciudad de Nueva York han demostrado que la exposición a patógenos en la vida temprana hace que el nematodo tenga una aversión de por vida a los olores bacterianos asociados específicos, mientras que la exposición más tarde en la vida solo provoca una aversión transitoria.

“Este estudio es muy emocionante” dijo Yun Zhang de Harvard, quien estudia el aprendizaje en C. elegans pero no participó en el presente trabajo. «La impronta es una forma de aprendizaje ampliamente observada en muchos animales [pero] se encuentra en C. elegans es muy significativo porque este nematodo es genéticamente tratable y su pequeño sistema nervioso está bien descrito.”

Un ejemplo clásico de impronta es cómo los gansos forman vínculos con el primer objeto en movimiento que ven después del nacimiento; El premio Nobel Konrad Lorenz…

Para el presente estudio, los Rockefeller Xin Jin y sus colegas describieron una forma de impronta aversiva en su C. elegans: los nematodos recién nacidos expuestos a Pseudomonas aeruginosa PA14 o Escherichia coli BL21 emisora de toxinas establecieron una aversión olfativa a largo plazo. Los animales que experimentaron el patógeno inmediatamente después de la eclosión pudieron sintetizar y mantener la memoria aversiva durante la totalidad de sus cuatro días de vida, mientras que los animales entrenados en la edad adulta solo retuvieron la memoria aversiva durante un máximo de 24 horas.

C. elegans tiene un sistema nervioso extremadamente compacto con solo 302 neuronas (en comparación con 250 000 en la mosca de la fruta Drosophila y 86 000 millones en humanos). Para comprender qué neuronas específicas estaban involucradas en las diferentes etapas de la impronta aversiva, los investigadores desactivaron selectiva y reversiblemente células cerebrales individuales. Silenciar las neuronas AIB o RIM durante la fase de formación de la memoria impidió el aprendizaje en los nematodos recién nacidos, pero silenciar estas mismas células durante la recuperación de la memoria no mostró ningún efecto. Ocurrió lo contrario con las neuronas AIY y RIA: estas células podían silenciarse durante la formación de la memoria sin ningún efecto, pero eran indispensables durante la recuperación de la memoria.

El principio de circuitos neuronales separados para la formación y recuperación de la memoria está lejos de único a C. elegante. Se demostró en humanos a través de casos como el del famoso paciente HM quien, luego de una cirugía que le extirpó el lóbulo temporal medial, pudo recuperar viejos recuerdos declarativos pero no pudo formar otros nuevos.

[La] idea de que la señal transitoria de aprendizaje sería más tarde prescindible en el momento de la memoria se remonta hasta Pavlov. Solo estamos desarrollando la idea a un nivel diferente de resolución para mapearla en un sitio físico y no solo en un sitio conceptual, dijo la coautora del estudio, Cori Bargmann. Una vez más, es una sorpresa que pueda implementar esto en un cerebro tan pequeño y compacto.

Por supuesto, los circuitos de formación y recuperación de la memoria deben comunicarse entre sí para que se produzca el aprendizaje. Los investigadores encontraron un puente molecular entre los circuitos en el neurotransmisor tiramina, un homólogo de la adrenalina en los mamíferos. La tiramina fue liberada por la neurona de formación de memoria RIM y detectada por la neurona de recuperación de memoria AIY; el neurotransmisor solo podría reemplazar el requisito de actividad RIM en el C. elegans proceso de aprendizaje.

A menudo describimos la fenomenología y luego especulamos sobre la maquinaria subyacente, pero la investigación en C. elegansy especialmente este grupo en particular realmente lo han llevado a un nivel diferente, describiendo comportamientos con gran detalle mecánico, dijo el neurobiólogo de Harvard Bence lveczky, quien no participó en la investigación.

El presente trabajo es realmente es solo la punta del iceberg, le dijo Jin a The Scientist. Gracias a la rápida evolución de la genética moderna, la neuromanipulación y las herramientas de imagen, pudimos estudiar los efectos causales de los comportamientos animales con un nuevo nivel de precisión. Es un momento emocionante.

X. Jin et al., Circuitos distintos para la formación y recuperación de una memoria olfativa impresa, Cell, doi:10.1016/j.cell.2016.01.007, 2016.

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