Registran por primera vez las conexiones neuronales que crean recuerdos

Una nueva rama de ratones genéticamente modificados ha permitido a un equipo de científicos del Scripps Research Institute de Estados Unidos señalar, por primera vez, las conexiones neuronales específicas que se establecen a medida que se crean los recuerdos.

Lo han conseguido rastreando una proteína que, gracias a dicha manipulación genética, brillaba en color verde fluorescente a medida que circulaba por las neuronas individuales de los animales, desde el cuerpo celular hacia fuera de éste, a través de las dendritas. Los científicos pudieron distinguir así con exactitud qué sinapsis se producían cuando el ratón aprendía a temer a un estímulo eléctrico que se le suministraba en un entorno determinado, según informa la revista Technology Review.

La sinapsis es el contacto que se establece entre las neuronas o células nerviosas del cerebro, mediante el intercambio de neurotransmisores entre dichas neuronas. Mark Mayford, director de la presente investigación y profesor de biología celular del Scripps Research Institute, afirmó en un comunicado del mencionado instituto, que su equipo está desarrollando técnicas que le permitan estudiar las áreas cerebrales que realmente varían durante el proceso del aprendizaje, cada vez con mayor resolución.

Estímulo para el recuerdo

Los neurocientíficos creen que para que un recuerdo se forme, las conexiones sinápticas individuales deben ser reforzadas en respuesta a un estímulo generador de memoria. Este refuerzo parece ser consecuencia del movimiento de un conjunto de proteínas específicas hacia la sinapsis, siguiendo un patrón coreografiado con precisión, pero aún sigue siendo un misterio cuales son las proteínas implicadas en el proceso y cómo son dirigidas hacia su destino.

El presente estudio, que ha aparecido publicado en la revista Science, es el primero que traza el recorrido de una proteína particular hacia una sinapsis concreta.

La proteína estudiada es un receptor de glutamato, es decir, un neurotransmisor previamente relacionado con la formación de memoria. Los investigadores modificaron genéticamente a los ratones para que sus receptores de glutamato brillaran en verde bajo condiciones muy específicas y manipulables. Posteriormente, estos ratones fueron entrenados para esperar un estímulo eléctrico doloroso en sus patas siempre que eran colocados en el interior de una caja concreta.

El miedo es “un recuerdo de muy larga duración, muy contundente”, señala Mayford. Presumiblemente, las neuronas que se activaron cuando los ratones aprendieron a temer la caja de los electro-shocks serían las responsables de la formación de recuerdos de rechazo hacia dicha caja.

Sinapsis especiales

El receptor de glutamato marcado con fluorescencia fue modificado para que las neuronas lo fabricaran sólo cuando estaban activas. Así, el grupo pudo identificar qué neuronas contribuyeron a la formación de los recuerdos siguiendo el brillo verde. Por otro lado, los investigadores “desconectaron” completamente el sistema de “etiquetado” de la proteína administrando doxicilina a los ratones a lo largo de toda su vida, salvo cuando estaban aprendiendo, de manera que los científicos pudieron seguir la formación de estos recuerdos concretos.

El equipo de Mayford siguió el brillo del receptor de glutamato a medida que éste se movía por las neuronas, atravesando el área del hipocampo examinando capas del cerebro en diversos puntos temporales después de la tarea de aprendizaje. Descubrieron así que, después de que la proteína fuera producida en el núcleo, se trasladó hacia fuera a través de muchas de las dendritas de la célula hasta las sinapsis.

Y, sorprendentemente, esta proteína se alojó en una clase concreta de sinapsis, las propiciadas por proyecciones citoplasmáticas con forma de hongo, lo que supondría que un tipo específico de sinapsis sería más importante para el aprendizaje y el proceso de la memoria que otros, al menos en lo que se refiere al proceso de formación de recuerdos relacionados con el miedo.

Pero quedan más misterios por resolver, como el porqué de que el receptor “marcado” desaparezca de las sinapsis después de 72 horas, aún cuando que los recuerdos persisten durante mucho más tiempo. Otras proteínas y otras áreas del cerebro estarían, casi con toda seguridad, implicadas en la formación y el mantenimiento de recuerdos.

Nuevas investigaciones

La amígdala en particular probablemente juegue un papel clave. Mientras el hipocampo es esencial para la codificación de información sobre el lugar –en este caso, la caja donde se administraban los estímulos eléctricos desagradables-, la amígdala parece vinculada a aquella información a la respuesta de miedo producida por las descargas eléctricas a los ratones, señalan los investigadores.

En estudios anteriores sobre la amígdala usando ratones modificados genéticamente de manera similar, el grupo de Mayford demostró que las mismas neuronas eran activadas tanto cuando los recuerdos son formados como cuando son recuperados posteriormente. En futuros estudios, estos científicos podrían aplicar esta nueva aproximación a escala para probar la formación de recuerdos en la amígdala.

Mayford espera asimismo usar la nueva técnica para dilucidar la estructura precisa de un recuerdo codificado por el hipocampo –en particular, un recuerdo de la caja-. Planea determinar si se puede enseñar a un ratón que nunca ha recibido estímulos eléctricos dentro de la caja a temerla de cualquier forma. Para hacerlo, activaría las neuronas del hipocampo que codifican la memoria de la caja, y luego le daría un electro-shock a los ratones.

Si el experimento resultase exitoso, podría ayudar a explicar cómo la caja está representada dentro del cerebro del ratón. Una de las grandes cuestiones de la neurociencia, según Mayford, es ¿cómo se forma una representación del entorno externo?

En general, uno de los rasgos más destacados del cerebro es su capacidad para asimilar y almacenar la información que aprendemos. En este proceso participan las neuronas estableciendo nuevos puntos de contacto entre ellas –las sinapsis- o inhabilitando puntos de contacto existentes. Un aumento en contactos sinápticos entre neuronas se atribuye a un proceso de aprendizaje, mientras que, la pérdida de tales puntos puede significar pérdida de información. Pero el número total de sinapsis varía constantemente, lo que supone que el cerebro posee una plasticidad sináptica que es uno de los mecanismos clave del proceso de aprendizaje.