Estudio muestra que se requieren oscilaciones theta sincronizadas con precisión para que los ratones codifiquen nuevos recuerdos
La expresión de la proteína sensible a la luz (canal rodopsina, ChR2) en las células del marcapasos en el área septal medial (MSA), junto con la entrega de luz al MSA, permite estimulación controlada por la luz de la actividad cerebral oscilatoria en regiones del cerebro, como la corteza entorrinal medial (MEC). Quirk y sus colegas muestran que acelerar el ritmo de las oscilaciones da como resultado un deterioro de la memoria. M, medio; L, laterales; dorsal D; V, ventral; P, posterior, A, anterior; ms, milisegundos; mV, milivoltios. Crédito: Quirk et al.
Investigaciones anteriores sugieren que las oscilaciones cerebrales pueden respaldar diferentes funciones cognitivas al coordinar la sincronización de picos dentro y entre diferentes regiones del cerebro. Sin embargo, el papel que juega el momento de estas oscilaciones en los cálculos neuronales específicos aún no está claro.
Investigadores de la Universidad de California en San Diego llevaron a cabo un estudio sobre el papel de las oscilaciones theta en la corteza entorrinal y el hipocampo, dos regiones del cerebro que se sabe que están involucradas en el aprendizaje y la consolidación de la memoria. Su artículo, publicado en Nature Neuroscience, muestra que la actividad neuronal en estas áreas del cerebro se basa en gran medida en oscilaciones theta rítmicas y sincronizadas con precisión.
Estudios anteriores han recopilado evidencia significativa que sugiere que en todas las principales enfermedades psiquiátricas y neurológicas , los patrones de oscilaciones cerebrales se alteran. Por lo tanto, esto ha planteado la cuestión de si las oscilaciones cerebrales pueden ser vitales para las funciones cognitivas clave.
Hasta ahora, investigar esta cuestión ha sido un desafío, ya que la manipulación de patrones oscilatorios en el cerebro a menudo también puede aumentar o desactivar las neuronas. actividad. Esto hace que sea más difícil distinguir claramente entre la contribución de las oscilaciones cronometradas con precisión a la función cognitiva y la contribución de la actividad cerebral normal o «básica».
«Nosotros y otros descubrimos previamente que las manipulaciones del área del tabique medial pueden usarse para alterar los patrones oscilatorios en grandes porciones del cerebro», dijo Stefan Leutgeb, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio, a Medical Xpress. «También descubrimos que un método optogenético que se dirige a un subconjunto de células del tabique medial es particularmente adecuado porque no produce cambios importantes en otros patrones de actividad, como la tasa de activación».
Leutgeb y sus colegas utilizaron herramientas ópticas para manipular las oscilaciones en el cerebro del ratón. Más específicamente, entregaron luz al cerebro de ratones usando fibra óptica. Esta luz activó un canal iónico sensible a la luz que se origina en las algas pero que también puede expresarse en células de mamíferos utilizando herramientas genéticas. Los investigadores encontraron que la activación de este canal en las células septales mediales resultó en el control de la actividad neuronal rítmica en la corteza entorrinal y el hipocampo de los ratones.
«Debido a que la luz puede encenderse o apagarse instantáneamente, pudimos para activar la estimulación óptica rítmica solo durante fases particulares de una tarea, en nuestro experimento durante la fase en la que estaba disponible la información que los ratones necesitaban recordar más tarde», explicó Leutgeb. «Durante las fases posteriores, cuando los ratones necesitaban mantener la misma información en su memoria, la estimulación de la luz se desactivó y, por lo tanto, las oscilaciones volvieron a la normalidad».
En otras palabras, Leutgeb y sus colegas descubrieron que Se necesitaban oscilaciones theta mientras los ratones codificaban nuevos recuerdos. Por otro lado, observaron que la retención de la memoria, al menos durante intervalos cortos como los examinados en su experimento, no requería patrones de oscilación generados con precisión, que son una característica clave de la actividad cerebral en curso.
«Curiosamente , en muchas frecuencias de estimulación y durante diferentes fases de la tarea, no observamos déficits de memoria en los ratones, a pesar de que los patrones de actividad neuronal estimulados artificialmente eran sustancialmente diferentes de los patrones de actividad habituales del cerebro», dijo Leutgeb. «Esto demuestra que podemos idear técnicas de estimulación cerebral en las que los efectos beneficiosos superen los efectos no deseados sobre la función cognitiva».
Los hallazgos recopilados por este equipo de investigadores podrían tener muchas implicaciones importantes. De hecho, su trabajo demuestra que es posible estudiar el impacto de las oscilaciones cerebrales en diferentes funciones cognitivas sin afectar negativamente a la actividad neuronal. En última instancia, podría informar futuros estudios que examinen los patrones de oscilación en el cerebro.
«En nuestros próximos estudios, investigaremos más a fondo por qué las técnicas de estimulación cerebral a veces son efectivas para mejorar o interrumpir la función de la memoria, la toma de decisiones, y el procesamiento sensoriomotor y, a veces, ni siquiera en condiciones en las que alteran efectivamente los patrones de actividad cerebral», añadió Leutgeb. «Para obtener tal comprensión, es necesario comprender con más detalle cómo la estimulación cerebral cambia los patrones de activación neuronal y comprender qué patrones de activación neuronal son críticos para el comportamiento guiado por la memoria».
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Un nuevo medio de comunicación neuronal descubierto en el cerebro humano Más información: Clare R. Quirk et al, Las oscilaciones theta cronometradas con precisión se requieren selectivamente durante la fase de codificación de la memoria , Naturaleza Neurociencia (2021). DOI: 10.1038/s41593-021-00919-0
Ipshita Zutshi et al, Hippocampal Neural Circuits Respond to Optogenetic Pacing of Theta Frequencies by Generating Accelerated Oscillation Frequencies, Current Biology (2018). DOI: 10.1016/j.cub.2018.02.061 Información de la revista: Nature Neuroscience , Current Biology