¿Cómo vincula el cerebro los acontecimientos para formar un recuerdo? Un estudio revela procesos mentales inesperados
El hipocampo es una región del cerebro responsable en gran medida de la formación de la memoria. Crédito: Instituto Salk
Una mujer que camina por la calle escucha un estruendo. Varios momentos después, descubre que le dispararon a su novio, que caminaba delante de ella. Un mes después, la mujer ingresa en la sala de emergencias. Los ruidos que hacen los camiones de la basura, dice, le están provocando ataques de pánico. Su cerebro había formado una conexión profunda y duradera entre los sonidos fuertes y la vista devastadora que presenció.
Esta historia, transmitida por el psiquiatra clínico y coautor de un nuevo estudio, Mohsin Ahmed, MD, Ph.D., es un poderoso ejemplo de la poderosa capacidad del cerebro para recordar y conectar eventos separados en el tiempo. Y ahora, en ese nuevo estudio en ratones publicado hoy en Neuron, los científicos del Instituto Zuckerman de Columbia arrojaron luz sobre cómo el cerebro puede formar vínculos tan duraderos.
Los científicos descubrieron un mecanismo sorprendente por el cual el hipocampo, una región del cerebro crítica para la memoria, construye puentes a través del tiempo: disparando ráfagas de actividad que parecen aleatorias, pero que en realidad conforman un patrón complejo que, con el tiempo, ayuda al cerebro a aprender asociaciones. Al revelar el circuito subyacente detrás del aprendizaje asociativo, los hallazgos sientan las bases para una mejor comprensión de la ansiedad y los trastornos relacionados con el trauma y el estrés, como el pánico y los trastornos de estrés postraumático, en los que un evento aparentemente neutral puede provocar una respuesta negativa. .
«Sabemos que el hipocampo es importante en las formas de aprendizaje que implican vincular dos eventos que ocurren incluso con una diferencia de entre 10 y 30 segundos», dijo Attila Losonczy, MD, Ph.D., director investigador del Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behavior Institute de Columbia y coautor principal del artículo. «Esta capacidad es clave para la supervivencia, pero los mecanismos detrás de ella han resultado difíciles de alcanzar. Con el estudio de hoy en ratones, hemos mapeado los cálculos complejos que realiza el cerebro para vincular eventos distintos que están separados en el tiempo».
La pequeña región del hipocampo, con forma de caballito de mar, enterrada profundamente en el cerebro, es una sede importante para el aprendizaje y la memoria. Experimentos previos 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 células del hipocampo mantienen un nivel persistente de actividad para asociar tales eventos», dijo el Dr. Ahmed, profesor asistente de psiquiatría clínica en el Vagelos College of Physicians and Surgeons de Columbia, y coautor del estudio de hoy. «Apagar estas células interrumpiría el aprendizaje».
Imágenes de calcio de 2 fotones (velocidad 5x) de las respuestas de actividad de las neuronas en el área CA1 del hipocampo de un ratón a medida que aprende a asociar un tono neutro (estímulo condicionado) con airpuffs (estímulo no condicionado) a lo largo de un retraso de 15 segundos. Crédito: Mohsin Ahmed/Losonczy Lab/Instituto Zuckerman de la Universidad de Columbia
Para probar esta visión tradicional, los investigadores tomaron imágenes de partes del hipocampo de ratones mientras los animales estaban expuestos a dos estímulos diferentes: un sonido neutro seguido de una bocanada pequeña pero desagradable. de aire. Un retraso de quince segundos separó los dos eventos. Los científicos repitieron este experimento en varios ensayos. Con el tiempo, los ratones aprendieron a asociar el tono con la próxima bocanada de aire. Usando microscopía avanzada de dos fotones e imágenes de calcio funcional, 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 experimentan nuestros propios cerebros cuando aprendemos a conectar dos eventos», dijo el Dr. Losonczy, quien también es profesor de neurociencia en el Vagelos College of Physicians and Surgeons de Columbia.
Para dar sentido a la información que recopilaron, los investigadores se asociaron con neurocientíficos computacionales que desarrollan poderosas herramientas matemáticas para analizar grandes cantidades de datos experimentales.
«Esperábamos ver repetitivos, actividad neuronal continua que persistió durante el intervalo de quince segundos, una indicación del hipocampo en el trabajo que vincula el tono auditivo y el soplo de aire», dijo el neurocientífico computacional Stefano Fusi, Ph.D., investigador principal del Zuckerman Insti de Columbia. tute y el coautor principal del artículo. «Pero cuando comenzamos a analizar los datos, no vimos tal actividad».
En cambio, la actividad neuronal registrada durante el intervalo de tiempo de quince segundos fue escasa. Solo se disparó una pequeña cantidad de neuronas, y lo hicieron aparentemente al azar. Esta actividad esporádica parecía claramente diferente de la actividad continua que muestra el cerebro durante otras tareas de aprendizaje y memoria, como memorizar un número de teléfono.
«La actividad parece venir en forma intermitente y en períodos de tiempo aleatorios a lo largo de la tarea», dijo James Priestley, candidato a doctorado asesorado por los Dres. Losonczy y Fusi del Instituto Zuckerman de Columbia y coautor del artículo. «Para comprender la actividad, tuvimos que cambiar la forma en que analizábamos los datos y usar herramientas diseñadas para dar sentido a los procesos aleatorios».
Finalmente, los investigadores descubrieron un patrón en la aleatoriedad: un estilo de computación mental que parece ser una forma notablemente eficiente en que las neuronas almacenan información. En lugar de comunicarse constantemente entre sí, las neuronas ahorran energía, quizás codificando información en las conexiones entre células, llamadas sinapsis, en lugar de hacerlo a través de la actividad eléctrica de las células.
«Nos alegramos de ver que el cerebro no mantiene una actividad continua durante todos estos segundos porque, metabólicamente, esa no es la forma más eficiente de almacenar información», dijo el Dr. Fusi, quien también es profesor de neurociencia en el Vagelos College of Physicians and Surgeons de Columbia. «El cerebro parece tener una forma más eficiente de construir este puente, que sospechamos 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 de estrés postraumático.
«Si bien nuestro estudio no modela explícitamente los síndromes clínicos de ninguno de estos trastornos, puede ser inmensamente informativo», dijo el Dr. Ahmed, quien también es miembro del laboratorio Losonczy en el Instituto Zuckerman de Columbia. «Por ejemplo, puede ayudarnos a modelar algunos aspectos de lo que puede estar sucediendo en el cerebro cuando los pacientes experimentan una asociación temerosa entre dos eventos que, para otra persona, no provocarían miedo o pánico».
El artículo se titula «La reorganización de la red del hipocampo subyace en la formación de una memoria de asociación temporal».
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Localización de las células que controlan el flujo de memoria del cerebro Información de la revista: Neuron
Proporcionado por la Universidad de Columbia Cita: ¿Cómo funciona el cerebro? vincular eventos para formar una memoria? El estudio revela procesos mentales inesperados (8 de mayo de 2020) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-05-brain-link-events-memory-reveals.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.