Los científicos observan una forma de memoria en un cerebro vivo

Los científicos observan una forma de memoria en un cerebro vivo

Mientras observan cómo toma forma un recuerdo aterrador en el cerebro de un pez vivo, los neurocientíficos ven que se produce un nivel inesperado de recableado en las conexiones sinápticas.
5 June 2022

El cerebro de esta larva de pez cebra de 7 días brilla con marcadores fluorescentes que fueron modificados genéticamente para iluminar su actividad neuronal. Los peces modificados de esta manera se utilizaron recientemente en estudios de formación de memoria.

Imagina que mientras disfrutas de tu plato matutino de Cheerios, una araña cae del techo y se sumerge en la leche. Años después, todavía no puedes acercarte a un tazón de cereal sin sentirte abrumado por el asco.

Los investigadores ahora han observado directamente lo que sucede dentro de un cerebro que aprende ese tipo de respuesta cargada de emociones. En un nuevo estudio publicado en enero en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, un equipo de la Universidad del Sur de California pudo visualizar los recuerdos que se forman en los cerebros de los peces de laboratorio, imaginándolos bajo el microscopio mientras florecían en hermosos verdes fluorescentes.  A partir de un trabajo anterior, esperaban que el cerebro codificara la memoria modificando ligeramente su arquitectura neuronal. En cambio, los investigadores se sorprendieron al encontrar una revisión importante en las conexiones.

Lo que vieron refuerza la opinión de que la memoria es un fenómeno complejo que implica una mezcolanza de vías de codificación. Pero sugiere además que el tipo de memoria puede ser fundamental para la forma en que el cerebro elige codificarla, una conclusión que puede insinuar por qué algunos tipos de respuestas traumáticas profundamente condicionadas son tan persistentes y tan difíciles de desaprender.

"Puede ser que lo que estamos viendo sea el equivalente de una unidad de estado sólido" en el cerebro, dijo el coautor Scott Fraser, biólogo cuantitativo de la USC. Si bien el cerebro registra algunos tipos de recuerdos en una forma volátil y fácilmente borrable, los recuerdos dominados por el miedo pueden almacenarse de manera más sólida, lo que podría ayudar a explicar por qué años más tarde, algunas personas pueden recordar un recuerdo como si lo revivieran, dijo.

La memoria se ha estudiado con frecuencia en la corteza, que cubre la parte superior del cerebro de los mamíferos, y en el hipocampo en la base. Pero se ha examinado con menos frecuencia en estructuras más profundas como la amígdala, el centro de regulación del miedo del cerebro. La amígdala es particularmente responsable de los recuerdos asociativos, una clase importante de recuerdos cargados de emociones que vinculan cosas dispares, como esa araña en tu cereal. Si bien este tipo de memoria es muy común, no se comprende bien cómo se forma, en parte porque ocurre en un área relativamente inaccesible del cerebro.

Fraser y sus colegas vieron la oportunidad de sortear esa limitación anatómica y aprender más sobre la formación de memoria asociativa mediante el uso de peces cebra. Los peces no tienen una amígdala como los mamíferos, pero tienen una región análoga llamada palio donde se forman los recuerdos asociativos. El palio es mucho más accesible para el estudio, explicó Fraser: mientras que el cerebro de un mamífero en desarrollo crece simplemente haciéndose más grande, "inflándose como si fuera un globo", el cerebro del pez cebra casi se vuelve del revés "como un grano de palomitas de maíz, por lo que esos centros profundos están cerca de la superficie donde podemos visualizarlos”. Además, las larvas de pez cebra son transparentes, por lo que los investigadores pudieron observar directamente sus cerebros.

Los neurocientíficos generalmente están de acuerdo en que el cerebro forma recuerdos al modificar sus sinapsis, las pequeñas uniones donde se encuentran las neuronas. Pero la mayoría cree que lo hace principalmente modificando la fuerza de las conexiones, o la fuerza con la que una neurona estimula a la siguiente, dijo Fraser.

Entonces, para hacer que ese proceso sea visible, Fraser y su equipo diseñaron genéticamente peces cebra para producir neuronas con un marcador de proteína fluorescente unido a sus sinapsis. La proteína marcadora, creada en el laboratorio de Don Arnold, profesor de ciencias biológicas e ingeniería biológica en la USC, emitía fluorescencia bajo la tenue luz láser de un microscopio personalizado: el desafío era “poder escuchar a escondidas algo mientras sucede, ” pero use la menor cantidad de luz posible para evitar quemar a las criaturas, dijo Fraser. Luego, los investigadores pudieron ver no solo la ubicación de las sinapsis individuales, sino también su fuerza: cuanto más brillante es la luz, más fuerte es la conexión.

Para inducir un recuerdo, Fraser y su equipo condicionaron a las larvas de pez cebra para que asociaran una luz con un calor incómodo, al igual que el fisiólogo ruso del siglo XIX Ivan Pavlov condicionó a sus perros para que salivaran esperando una golosina cuando escucharan el sonido de una campana. Las larvas de pez cebra aprendieron a tratar de alejarse nadando cada vez que veían la luz. (En el experimento, las cabezas de las larvas estaban inmovilizadas pero sus colas podían moverse libremente como un indicador del comportamiento aprendido). Los investigadores tomaron imágenes del palio antes y después de que los peces aprendieran, y analizaron los cambios en la fuerza y ​​​​la ubicación de la sinapsis.

Contrariamente a lo esperado, las fuerzas sinápticas en el palio se mantuvieron casi iguales independientemente de si los peces aprendieron algo. En cambio, en los peces que aprendieron, las sinapsis fueron podadas en algunas áreas del palio, produciendo un efecto "como cortar un árbol bonsái", dijo Fraser, y replantadas en otras.

Estudios previos a veces han sugerido que los recuerdos se pueden formar a través de la adición y eliminación de sinapsis, pero esta visualización del cerebro en tiempo real y a gran escala sugiere que este método de formación de recuerdos puede ser mucho más significativo de lo que pensaban los investigadores. Aunque no es una prueba definitiva, "creo que proporciona evidencia convincente" de que esta podría ser una forma importante en que el cerebro forma recuerdos, dijo Tomás Ryan, neurocientífico del Trinity College Dublin que no participó en el estudio.

Para conciliar los resultados de su nuevo estudio con sus expectativas iniciales sobre la formación de la memoria, Fraser, Arnold y su equipo plantean la hipótesis de que el tipo de memoria podría determinar cómo el cerebro elige codificarla. Estos "eventos asociativos que hemos observado podrían ser el tipo de recuerdos más fuertes", dijo Fraser. Para los peces, son de vida o muerte, por lo que "no es demasiado sorprendente que puedas codificar estos recuerdos fuertes de una manera muy fuerte".

Pero lo que es apropiado para encerrar recuerdos llenos de miedo puede no ser lo mejor para tipos de recuerdos más mundanos. Al aprender a pronunciar el nombre de alguien, probablemente "no querrías sacar sinapsis de tu cerebro y agregar otras nuevas", dijo Fraser.

Fraser y su equipo esperan que este modelo eventualmente pueda ayudarlos a examinar los mecanismos involucrados en los recuerdos que desencadenan el trastorno de estrés postraumático, y que incluso podría conducir a estrategias potenciales para moderar esa condición.

Pero es posible que los hallazgos tengan más que ver con la edad del pez cebra que con el tipo de memoria formada, dijo Cliff Abraham, profesor de psicología en la Universidad de Otago en Nueva Zelanda, quien tampoco formó parte del estudio. “Sabemos que hay mucha poda y reorganización sináptica como resultado de la experiencia durante el desarrollo en diferentes partes del cerebro”, dijo Abraham. Si los investigadores observan a los peces cebra adultos, lo que es más difícil de hacer porque son menos transparentes y tienen cerebros más grandes, podrían obtener resultados diferentes.

El artículo es un "tour de force técnico", agregó, pero es solo una pieza del rompecabezas de cómo se forman los recuerdos, y aún quedan muchas preguntas sin respuesta, como cuánto tiempo persisten esos recuerdos y cambios sinápticos en el pez cebra. .

Los investigadores esperan ver si los hallazgos se traducen en animales con cerebros más grandes e incluso en mamíferos, y examinar cómo estos peces cebra y otros animales forman recuerdos menos cargados emocionalmente o traumáticos.

“Creo que todo el mundo ha pensado que hay una amplia gama de formas en que un cerebro podría almacenar recuerdos”, dijo Fraser. “La belleza de esto es que apuesto a que todos ellos tienen razón. Y la pregunta va a ser: ¿Cómo funciona todo junto?

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