Reconstrucción digital de dos interneuronas (en rojo y amarillo) que expresan parvalbúmina junto a una neurona granular (en azul). Las conexiones sinápticas se aprecian en las fotografías laterales en blanco y negro. Imagen: Espinoza et al. IST.
Una investigación ha descubierto cómo se las arregla el cerebro para que podamos recordar el sitio donde dejamos aparcado el coche al volver a casa. O dónde aparcamos el coche al llegar al trabajo: sabemos dónde está cuando vamos a buscarlo, aunque cada vez sea en un lugar diferente.
Para el cerebro, recordar esa posición es difícil no porque requiera almacenar mucha información, sino porque se trata de recuerdos parecidos. ¿Cómo sabemos que el sitio que recordamos haber dejado el coche anoche o esta mañana, no es el recuerdo de ayer y no de hoy?
Investigaciones anteriores han determinado que el cerebro tiene un sistema para distinguir entre recuerdos parecidos. Ese proceso se ha denominado “separación de patrones”, que consiste en separar recuerdos parecidos: el cerebro archiva el recuerdo de cada aparcamiento por separado, aunque sean muy similares.
Este proceso de separar y almacenar en distintos sitios recuerdos parecidos depende de una zona del hipocampo llamado giro dentado, de gran importancia en la formación de recuerdos. Investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (IST Austria) han descifrado ahora cómo el cerebro calcula este patrón de separación de patrones en el giro dentado. Sus resultados se publican en Nature Communications.
Según explican los autores de esta investigación, en el giro dentado coinciden dos tipos de neuronas que envían señales para la formación de recuerdos: las neuronas principales, que envían señales excitadoras, y las interneuronas (especializadas en funciones más complejas), que envían señales inhibitorias.
A través de ratones
Los investigadores se valieron de ratones para descifrar las reglas de conectividad entre ellas: ¿qué neuronas se envían señales entre sí, las conexiones entre neuronas son recíprocas, o tal vez muchas neuronas convergen para enviar señales a una neurona principal? En definitiva, ¿qué hace que podamos distinguir los recuerdos cotidianos sobre el coche aparcado?
Lo primero que hicieron fue registrar la señalización entre neuronas para comprender cómo están conectadas y cómo funciona el circuito local que permite la separación de patrones. De esta forma consiguieron reconstruir la morfología que separa los recuerdos parecidos y evita confusiones a la hora de encontrar el coche.
Esa morfología describe la actuación de las neuronas principales y de las interneuronas en la separación de recuerdos parecidos, en un fuego cruzado de actividad inhibidora y excitadora que provoca la así llamada inhibición lateral, mediante la cual una neurona inhibe a otra adyacente. Esta inhibición de algunas neuronas en el giro dentado es la que mantiene separados los recuerdos similares en el cerebro.
Aunque las interneuronas sólo representan menos del 20% de la población neuronal, esta investigación ha determinado que son las que desempeñan la labor dominante en el proceso de recordar dónde hemos dejado anoche el coche: expresan parvalbúmina, un tipo de interneurona que puede convertir una señal de entrada excitatoria en una señal de salida inhibitoria en un milisegundo o incluso en menos tiempo.
Para el cerebro, recordar esa posición es difícil no porque requiera almacenar mucha información, sino porque se trata de recuerdos parecidos. ¿Cómo sabemos que el sitio que recordamos haber dejado el coche anoche o esta mañana, no es el recuerdo de ayer y no de hoy?
Investigaciones anteriores han determinado que el cerebro tiene un sistema para distinguir entre recuerdos parecidos. Ese proceso se ha denominado “separación de patrones”, que consiste en separar recuerdos parecidos: el cerebro archiva el recuerdo de cada aparcamiento por separado, aunque sean muy similares.
Este proceso de separar y almacenar en distintos sitios recuerdos parecidos depende de una zona del hipocampo llamado giro dentado, de gran importancia en la formación de recuerdos. Investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (IST Austria) han descifrado ahora cómo el cerebro calcula este patrón de separación de patrones en el giro dentado. Sus resultados se publican en Nature Communications.
Según explican los autores de esta investigación, en el giro dentado coinciden dos tipos de neuronas que envían señales para la formación de recuerdos: las neuronas principales, que envían señales excitadoras, y las interneuronas (especializadas en funciones más complejas), que envían señales inhibitorias.
A través de ratones
Los investigadores se valieron de ratones para descifrar las reglas de conectividad entre ellas: ¿qué neuronas se envían señales entre sí, las conexiones entre neuronas son recíprocas, o tal vez muchas neuronas convergen para enviar señales a una neurona principal? En definitiva, ¿qué hace que podamos distinguir los recuerdos cotidianos sobre el coche aparcado?
Lo primero que hicieron fue registrar la señalización entre neuronas para comprender cómo están conectadas y cómo funciona el circuito local que permite la separación de patrones. De esta forma consiguieron reconstruir la morfología que separa los recuerdos parecidos y evita confusiones a la hora de encontrar el coche.
Esa morfología describe la actuación de las neuronas principales y de las interneuronas en la separación de recuerdos parecidos, en un fuego cruzado de actividad inhibidora y excitadora que provoca la así llamada inhibición lateral, mediante la cual una neurona inhibe a otra adyacente. Esta inhibición de algunas neuronas en el giro dentado es la que mantiene separados los recuerdos similares en el cerebro.
Aunque las interneuronas sólo representan menos del 20% de la población neuronal, esta investigación ha determinado que son las que desempeñan la labor dominante en el proceso de recordar dónde hemos dejado anoche el coche: expresan parvalbúmina, un tipo de interneurona que puede convertir una señal de entrada excitatoria en una señal de salida inhibitoria en un milisegundo o incluso en menos tiempo.
Giro dentado
Como resultado de este proceso, el giro dentado separa recuerdos similares para evitar una superposición y los almacena en otra zona del hipocampo conocida como CA3, diseñada específicamente para evocar información de memorias, según establecieron estos mismos científicos en un estudio anterior, publicado en Science (2016).
"Nuestros datos experimentales apoyan la idea de que la separación de patrones funciona a través de un mecanismo llamado el ganador se lo lleva todo, logrado mediante una inhibición lateral que se produce en el giro dentado. Sin embargo, esto no ha sido totalmente probado todavía. Necesitamos más datos de comportamiento y modelos computacionales, en los que estamos trabajando", explica al respecto Claudia Espinoza en un comunicado.
“A nivel biológico, nuestro grupo descubrió las reglas de conectividad que soportan la función computacional de una región del cerebro”, añade Espinoza. “Nuestro trabajo contribuye a mostrar cómo los circuitos locales están optimizados para la función específica de un área del cerebro. Si bien la entrada que llega al giro dentado es importante, la forma en que el giro dentado calcula esta información para lograr la separación del patrón, es la clave", concluye.
Como resultado de este proceso, el giro dentado separa recuerdos similares para evitar una superposición y los almacena en otra zona del hipocampo conocida como CA3, diseñada específicamente para evocar información de memorias, según establecieron estos mismos científicos en un estudio anterior, publicado en Science (2016).
"Nuestros datos experimentales apoyan la idea de que la separación de patrones funciona a través de un mecanismo llamado el ganador se lo lleva todo, logrado mediante una inhibición lateral que se produce en el giro dentado. Sin embargo, esto no ha sido totalmente probado todavía. Necesitamos más datos de comportamiento y modelos computacionales, en los que estamos trabajando", explica al respecto Claudia Espinoza en un comunicado.
“A nivel biológico, nuestro grupo descubrió las reglas de conectividad que soportan la función computacional de una región del cerebro”, añade Espinoza. “Nuestro trabajo contribuye a mostrar cómo los circuitos locales están optimizados para la función específica de un área del cerebro. Si bien la entrada que llega al giro dentado es importante, la forma en que el giro dentado calcula esta información para lograr la separación del patrón, es la clave", concluye.
Referencia
Parvalbumin+ interneurons obey unique connectivity rules and establish a powerful lateral-inhibition microcircuit in dentate gyrus. Claudia Espinoza, Segundo Jose Guzman, Xiaomin Zhang, and Peter Jonas. Nature Communications, 2018, DOI: 10.1038/s41467-018-06899-3
Parvalbumin+ interneurons obey unique connectivity rules and establish a powerful lateral-inhibition microcircuit in dentate gyrus. Claudia Espinoza, Segundo Jose Guzman, Xiaomin Zhang, and Peter Jonas. Nature Communications, 2018, DOI: 10.1038/s41467-018-06899-3