El cerebro construye puentes a través del tiempo

 Una investigación desarrollada en la Universidad de Columbia ha descubierto cómo el cerebro construye puentes a través del tiempo para desarrollar la memoria.

El cerebro tiene la sorprendente capacidad de recordar y conectar eventos separados en el tiempo.

Puede registrar un episodio y asociarlo con un ruido o una imagen. Cada vez que presenciamos ese elemento asociado, recordamos el evento.

Las consecuencias de este proceso pueden ser perjudiciales para la salud, porque consolida alianzas entre sucesos y contexto que mantienen en ocasiones recuerdos traumáticos.

Los científicos del Instituto Zuckerman de Columbia han descubierto un mecanismo mediante el cual el hipocampo, una región del cerebro crítica para la memoria, construye los puentes que relacionan sucesos y contexto a través del tiempo.

Para conseguir esa proeza cognitiva, el hipocampo dispara estallidos de actividad que parecen aleatorios, pero de hecho forman un patrón complejo que, con el tiempo, ayuda al cerebro a aprender asociaciones.

La investigación desvela los circuitos neuronales implicados en este aprendizaje asociativo y permite comprender mejor la ansiedad y los trastornos relacionados con el trauma y el estrés.

El hipocampo, clave

El hipocampo, una pequeña región en 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 capacidad cerebral de asociar eventos distantes en el tiempo es esencial para la supervivencia, pero hasta ahora los mecanismos neuronales implicados en estos procesos de memoria han sido confusos.

La nueva investigación, desarrollada en ratones, ha conseguido cartografiar los complejos cálculos que realiza el cerebro para vincular distintas experiencias separadas en el tiempo y archivarlas en la memoria.

Metodología

Para conseguirlo, los investigadores tomaron imágenes de partes del hipocampo de los ratones mientras estaban expuestos a dos estímulos diferentes: un sonido neutro, seguido de una pequeña pero desagradable bocanada de aire. Un retraso de quince segundos separó los dos eventos.

Los científicos repitieron este experimento en varios ensayos y observaron que, con el tiempo, los ratones aprendieron a asociar el sonido neutro con la próxima bocanada de aire.

Utilizando microscopía avanzada de dos fotones e imágenes funcionales de calcio, registraron la actividad de miles de neuronas específicas del hipocampo durante el transcurso de cada prueba durante muchos días.

La información recopilada fue tratada por neurocientíficos computacionales para, mediante potentes herramientas matemáticas, analizar el enorme volumen de datos experimentales obtenidos en los ensayos.

Patrón específico

Los resultados revelan que el cerebro no mantiene una actividad permanente para vincular eventos y contexto a lo largo del tiempo.

Es decir, el lapso de segundos entre el evento y el contexto no se conserva en el recuerdo por una continua actividad neuronal para que no se pierda el vínculo.

Lo que realmente ocurre es diferente: la reacción neuronal es intermitente, casi insignificante, mientras se desarrolla la experiencia del sonido y la bocanada de aire subsiguiente. Pero lo sorprendente es que muestra un patrón.

Se trata de una forma de computación mental que consigue de manera eficiente que las neuronas almacenen información. En vez de comunicarse permanentemente entre sí, las neuronas ahorran energía.

Los investigadores creen que las neuronas consiguen mantener el recuerdo temporal codificando la información durante la sinapsis o conexión con otras neuronas.

Es como si, al informarle de un evento, las neuronas añadieran la relación que guarda con un episodio contextual, como un sonido o una imagen. Así se produce la conexión cuando lo recordamos.

Este sistema de transmisión de información es más eficiente en energía, ya que no se vale de la actividad eléctrica de las células, sino de un código que transmite junto con la información que relaciona el evento con su contexto. Ese código puede estar oculto en la intensidad de la sinapsis, sospechan los investigadores.

Aplicaciones

La investigación tiene varias aplicaciones prácticas: la primera, ya es posible cartografiar los circuitos neuronales implicados en el aprendizaje asociativo.

Este primer resultado conduce a otro: ese mapa ayuda a explorar mejor los trastornos que involucran disfunciones en la memoria asociativa, como el pánico o el trastorno postraumático.

Más concretamente, ayudará 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 ni pánico.

Referencia

Hippocampal network reorganization underlies the formation of a temporal association memory. Mohsin S. Ahmed et al. Neuron, May 08, 2020.DOI:https://doi.org/10.1016/j.neuron.2020.04.013