Los neurocientíficos del MIT han demostrado, por primera vez, que recordar una memoria requiere un circuito de “desvío” que se ramifica fuera del circuito de memoria original. Esta imagen de baja amplificación muestra que las neuronas del hipocampo CA1 (rojo) y las neuronas del subículo dorsal (verde) pueden identificarse genéticamente utilizando dos marcadores de proteínas diferentes.

Los neurólogos descubren un circuito cerebral dedicado a recuperar los recuerdos.

Cuando tenemos una nueva experiencia, la memoria de ese evento se almacena en un circuito neural que conecta varias partes del hipocampo y otras estructuras cerebrales. Cada grupo de neuronas puede almacenar diferentes aspectos de la memoria, como la ubicación donde ocurrió el evento o las emociones asociadas con él.

Los neurocientíficos que estudian la memoria creen desde hace mucho tiempo que cuando recordamos estos recuerdos, nuestros cerebros activan el mismo circuito hipocampal que se activó cuando se formó la memoria. Sin embargo, los neurocientíficos del MIT han demostrado, por primera vez, que recordar una memoria requiere un circuito de “desvío” que se ramifica del circuito original de memoria.

“Este estudio aborda una de las preguntas más fundamentales en la investigación del cerebro – a saber cómo las memorias episódicas se forman y recuperado – y proporciona pruebas de una respuesta inesperada: circuitos diferenciales para la recuperación y la formación”, dice Susumu Tonegawa, el profesor Picower de Biología y Neurociencia , Director del Centro RIKEN-MIT de Genética de Circuitos Neuronales del Instituto Picower de Aprendizaje y Memoria, y autor principal del estudio.

Este circuito de recuerdo distinto nunca se ha visto antes en un animal vertebrado, aunque un estudio publicado el año pasado encontró un circuito de recuerdo similar en el gusano Caenorhabditis elegans .

Dheeraj Roy, un reciente beneficiario del MIT PhD, y el científico de investigación Takashi Kitamura son los principales autores del artículo, que aparece en la edición en línea del 17 de agosto de Cell . Otros autores del MIT son los postdocs Teruhiro Okuyama y Sachie Ogawa, y el estudiante graduado Chen Sun. Yuichi Obata y Atsushi Yoshiki del RIKEN Brain Science Institute también son autores del artículo.

Piezas desconocidas

El hipocampo se divide en varias regiones con diferentes funciones relacionadas con la memoria – la mayoría de las cuales han sido bien exploradas, pero una pequeña área llamada subículo ha sido poco estudiada. El laboratorio de Tonegawa se propuso investigar esta región utilizando ratones que fueron genéticamente modificados para que sus neuronas subiculares pudieran ser encendidas o apagadas usando luz.

Los investigadores usaron este método para controlar las células de memoria durante un evento de condicionamiento del miedo, es decir, una descarga eléctrica leve cuando el ratón está en una cámara en particular.

La investigación anterior ha demostrado que la codificación de estos recuerdos implica células en una parte del hipocampo llamado CA1, que luego transmite información a otra estructura cerebral llamada corteza entorrinal. En cada localización, pequeños subconjuntos de neuronas se activan, formando huellas de memoria conocidas como engramas.

“Se ha pensado que los circuitos que están involucrados en la formación de los engramas son los mismos que los circuitos involucrados en la reactivación de estas células que ocurre durante el proceso de recuperación”, dice Tonegawa.

Sin embargo, los científicos habían identificado previamente conexiones anatómicas que se desvían de CA1 a través del subículo, que luego se conecta a la corteza entorrinal. La función de este circuito, y del subículo en general, era desconocida.

En un grupo de ratones, el equipo del MIT inhibió las neuronas del subículo, ya que los ratones sufrieron un condicionamiento del miedo, lo cual no afectó su capacidad de recordar más tarde la experiencia. Sin embargo, en otro grupo, inhibieron las neuronas del subículo después de que se produjera el condicionamiento del miedo, cuando los ratones fueron colocados de nuevo en la cámara original. Estos ratones no mostraron la respuesta habitual de miedo, demostrando que su capacidad para recordar la memoria se vio afectada.

Esto proporciona evidencia de que el circuito de desvío que implica el subículo es necesario para recordar memoria pero no para la formación de memoria. Otros experimentos revelaron que el circuito directo de CA1 a la corteza entorrinal no es necesario para recordar la memoria, pero es necesario para la formación de la memoria.

“Inicialmente, no esperábamos que el resultado saliera de esta manera”, dice Tonegawa. “Simplemente planeamos explorar cuál podría ser la función del subículo”.

“Este artículo es un tour de force de técnicas avanzadas de neurociencia, con un intrigante resultado central que muestra la existencia e importancia de diferentes vías para la formación y recuperación de recuerdos dependientes del hipocampo”, dice Karl Deisseroth, profesor de bioingeniería y psiquiatría y ciencias del comportamiento En la Universidad de Stanford, que no participó en el estudio.

Edición de recuerdos

¿Por qué el hipocampo necesitaría dos circuitos distintos para la formación y el recuerdo de la memoria? Los investigadores encontraron evidencia de dos posibles explicaciones. Una de ellas es que las interacciones de los dos circuitos facilitan la edición o actualización de las memorias. A medida que se activa el circuito de recuperación, la activación simultánea del circuito de formación de memoria permite añadir nueva información.

“Creemos que tener estos circuitos en paralelo ayuda al animal primero a recordar la memoria, y cuando es necesario, codificar nueva información”, dice Roy. “Es muy común cuando te acuerdas de una experiencia anterior, si hay algo nuevo que agregar, para incorporar la nueva información en la memoria existente”.

Otra posible función del circuito de desvío es ayudar a estimular las respuestas de estrés a más largo plazo. Los investigadores encontraron que el subículo se conecta a un par de estructuras en el hipotálamo conocido como los cuerpos mamilares, que estimula la liberación de las hormonas del estrés llamadas corticosteroides. Eso ocurre por lo menos una hora después de que se recuerde el recuerdo temeroso.

Mientras que los investigadores identificaron el sistema del dos-circuito en experimentos que implican memorias con un componente emocional (positivo y negativo), el sistema es probable implicado en cualquier clase de memoria episódica, los investigadores dicen.

Los hallazgos también sugieren una intrigante posibilidad relacionada con la enfermedad de Alzheimer, según los investigadores. El año pasado, Roy y otros en el laboratorio de Tonegawa encontraron que los ratones con una versión de la enfermedad de Alzheimer en etapa temprana tienen problemas para recordar recuerdos pero todavía son capaces de formar nuevos recuerdos. El nuevo estudio sugiere que este circuito subiculum puede verse afectado en la enfermedad de Alzheimer, aunque los investigadores no han estudiado esto.

La investigación fue financiada por el RIKEN Brain Science Institute, el Howard Hughes Medical Institute, y la Fundación JPB.

Fuente: MIT

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