Cómo almacena nuestro cerebro recuerdos recientes, célula a célula

Investigadores del Dignity Health Barrow Neurological Institute de Phoenix, Arizona (EEUU) y de la Escuela de Medicina de la Universidad de California en San Diego han descubierto que el cerebro humano alberga los recuerdos episódicos en el hipocampo; y que en ese proceso está implicada una fracción distinta y distribuida de neuronas o células del cerebro individuales.

Los resultados de su investigación iluminan aún más la base neuronal de la memoria humana y pueden, en última instancia, arrojar luz sobre nuevos tratamientos para enfermedades y condiciones que afectan negativamente a la misma, como el Alzheimer o la epilepsia.

"Para entender realmente cómo el cerebro elabora la memoria, tenemos que entender cómo esta está representada por unidades fundamentales del cerebro -las neuronas individuales- y por las redes que conforman dichas unidades", explica Peter N. Steinmetz, autor principal del estudio, en un comunicado de la UC San Diego.

"Conocer el mecanismo de almacenamiento de la memoria y la recuperación de esta es un paso crítico hacia la comprensión de cómo tratar mejor enfermedades que afectan a nuestra creciente población de edad avanzada".

Recuerdos y neuronas

Steinmetz y sus colaboradores evaluaron a nueve pacientes con epilepsia, en cuyos cerebros fueron implantados electrodos para controlar las convulsiones. Estos tratamientos con electrodos se aplican a personas con un tipo de epilepsia que no puede ser tratada por otros medios. A menudo, la neurología ha aprovechado a pacientes con este sistema implantado para estudiar a fondo la actividad neuronal.

En este caso, los científicos lograron registrar la actividad que se producía a nivel de las neuronas individuales. En el proceso del estudio, los pacientes memorizaron en primer lugar una lista de palabras aparecidas en la pantalla de un ordenador. Después vieron una segunda lista, que contenía las palabras de la primera lista y otras nuevas.

Se les pidió que identificaran las palabras que habían visto en primer lugar y que indicaran hasta qué punto las recordaban. La diferencia observada en la actividad neuronal –el “encendido” de las neuronas- cuando los participantes veían palabras de la primera lista y cuando veían palabras nuevas indicó claramente qué neuronas del hipocampo estaban relacionadas con el recuerdo de los voluntarios de las primeras palabras.

De este modo, se descubrió que la memoria de las palabras vistas recientemente se almacenaba de manera distribuida por todo el hipocampo, con una pequeña fracción de células, aproximadamente del 2%, respondiendo a cada una de las palabras. Por otra parte, una pequeña fracción de palabras –alrededor del 3%- generaban un cambio fuerte en la activación de dichas células.

Interpretaciones

"Intuitivamente, cabría esperar que cualquier neurona que responde a un elemento de la lista también responda a otros elementos de la lista, pero nuestros resultados no reflejaron esto. Lo sorprendente de estos resultados contraintuitivos es que no podrían estar más en línea con lo que han predicho desde hace tiempo los teóricos neurocomputacionales”, explican los investigadores.

Por otra parte, aunque solo una pequeña fracción de las células codificaba memorias recientes para cada una de las palabras, los científicos señalan que el número total de neuronas codificando recuerdos para cada palabra era grande, al menos del orden de cientos de miles. Eso implica que la pérdida de una neurona tendría un impacto insignificante en la capacidad de cualquier persona para recordar palabras específicas que acaba de ver.

En última instancia, Steinmetz y su equipo señalan que su objetivo es entender bien cómo funciona el cerebro humano al formar recuerdos de lugares y cosas de la vida cotidiana, qué células están implicadas en este proceso y cómo estas se ven afectadas por algunas enfermedades.

A continuación quisieran determinar si un tipo de codificación similar a la observada estaría involucrada en los recuerdos de fotos de personas y lugares. También la forma en que las células del hipocampo relacionadas con la memoria se ven afectadas en pacientes con formas más graves de epilepsia.

El hipocampo es una de las principales estructuras del cerebro y se localiza en el interior de la parte medial o interna del lóbulo temporal, bajo la superficie cortical.

Aunque tiene origen en una estructura del cerebro de los vertebrados denominada palio, que comprendía funciones olfativas, en su actual diseño en los mamíferos desempeña principalmente funciones importantes en la memoria y el manejo del espacio. Por esa razón, cuando esta región es dañada por trastornos como la enfermedad de Alzheimer, aparecen problemas de memoria y desorientación como primeros síntomas.

Referencia bibliográfica:

J. T. Wixted, L. R. Squire, Y. Jang, M. H. Papesh, S. D. Goldinger, J. R. Kuhn, K. A. Smith, D. M. Treiman, P. N. Steinmetz. Sparse and distributed coding of episodic memory in neurons of the human hippocampus. Proceedings of the National Academy of Sciences (2014). DOI: 10.1073/pnas.1408365111.