Dos estudios dirigidos por investigadores de UT Southwestern arrojan nueva luz sobre cómo el cerebro codifica el tiempo y el lugar en los recuerdos. Los hallazgos, publicados recientemente en PNAS y ciencia , no solo se suma al cuerpo de investigación fundamental sobre la memoria, sino que eventualmente podría proporcionar la base para nuevos tratamientos para combatir la pérdida de memoria por afecciones como una lesión cerebral traumática o la enfermedad de Alzheimer.
Hace aproximadamente una década, se descubrió en ratas un grupo de neuronas conocidas como "células del tiempo". Estas células parecen desempeñar un papel único en el registro de cuándo ocurren los eventos, lo que permite al cerebro marcar correctamente el orden de lo que sucede en unmemoria episódica.
Ubicadas en el hipocampo del cerebro, estas células muestran un patrón de actividad característico mientras los animales codifican y recuerdan eventos, explica Bradley Lega, MD, profesor asociado de cirugía neurológica en UTSW y autor principal de la PNAS estudio. Al disparar en una secuencia reproducible, permiten que el cerebro se organice cuando ocurren los eventos, dice Lega. El momento de su disparo está controlado por ondas cerebrales de 5 Hz, llamadas oscilaciones theta, en un proceso conocido como precesión.
Lega investigó si los humanos también tienen células del tiempo mediante el uso de una tarea de memoria que exige mucho información relacionada con el tiempo. Lega y sus colegas reclutaron voluntarios de la Unidad de Monitoreo de Epilepsia en el Instituto del Cerebro Peter O'Donnell Jr. de UT Southwestern, donde la epilepsialos pacientes permanecen durante varios días antes de la cirugía para extirpar las partes dañadas del cerebro que provocan convulsiones. Los electrodos implantados en el cerebro de estos pacientes ayudan a los cirujanos a identificar con precisión los focos convulsivos y también proporcionan información valiosa sobre el funcionamiento interno del cerebro, dice Lega.
Mientras registraban la actividad eléctrica del hipocampo en los cerebros de 27 voluntarios, los investigadores les pidieron que realizaran tareas de "memoria libre" que implicaban leer una lista de 12 palabras durante 30 segundos, haciendo un pequeño problema matemático para distraerlos de ensayar las listas.y luego recordar tantas palabras de la lista como sea posible durante los siguientes 30 segundos. Esta tarea requiere asociar cada palabra con un segmento de tiempo la lista en la que estaba, lo que permitió a Lega y su equipo buscar celdas de tiempo.El equipo encontró que fue emocionante: no solo identificaron una población robusta de células de tiempo, sino que la activación de estas células predijo qué tan bien los individuos podían vincular palabras en el tiempo un fenómeno llamado agrupación temporal. Finalmente, estas células parecen exhibirprecesión de fase en humanos, como se predijo.
"Durante años, los científicos han propuesto que las células del tiempo son como el pegamento que mantiene unidos los recuerdos de eventos en nuestras vidas", según Lega. "Este hallazgo apoya específicamente esa idea de una manera elegante".
En el segundo estudio en ciencia , Brad Pfeiffer, Ph.D., profesor asistente de neurociencia, dirigió un equipo que investigaba las células del lugar, una población de células del hipocampo en animales y humanos que registra dónde ocurren los eventos. Los investigadores saben desde hace mucho tiempo que los animales viajan por un caminoen las que han estado antes, las neuronas que codifican diferentes ubicaciones a lo largo del camino se dispararán en una secuencia muy similar a la de las células en el momento en que se activan en el orden de los eventos temporales, explica Pfeiffer. Además, mientras las ratas exploran activamente un entorno, las células de lugar se organizan aún más en"minisecuencias" que representan un barrido virtual de ubicaciones por delante de la rata. Estos barridos similares a radares ocurren aproximadamente de 8 a 10 veces por segundo y se cree que son un mecanismo cerebral para predecir eventos o resultados inmediatos.
Antes de este estudio, se sabía que cuando las ratas dejaban de correr, las células de lugar a menudo se reactivaban en secuencias largas que parecían reproducir la experiencia previa de la rata al revés. Si bien se sabía que estos eventos de "reproducción inversa" eran importantes para la memoriaformación, no estaba claro cómo el hipocampo era capaz de producir tales secuencias. De hecho, un trabajo considerable había indicado que la experiencia debería fortalecer las secuencias hacia adelante, "mirar hacia adelante", pero debilitar los eventos de reproducción inversa.
Para determinar cómo funcionan juntos estos recuerdos hacia atrás y hacia adelante, Pfeiffer y sus colegas colocaron electrodos en el hipocampo de ratas y luego les permitieron explorar dos lugares diferentes: una arena cuadrada y una pista larga y recta. Para animarlos a moverseestos espacios, colocaron pozos con leche con chocolate en varios lugares y luego analizaron la actividad de las células del lugar de los animales para ver cómo se correspondía con sus ubicaciones.
Neuronas particulares se dispararon cuando las ratas deambulaban por estos espacios, codificando información en el lugar. Estas mismas neuronas se dispararon en la misma secuencia en que las ratas volvieron sobre sus caminos y se dispararon periódicamente en reversa a medida que completaban diferentes etapas de sus viajes.Una mirada más cercana a los datos, los investigadores encontraron algo nuevo: a medida que las ratas se movían a través de estos espacios, sus neuronas no solo exhibían minisecuencias predictivas hacia delante, sino también minisecuencias retrospectivas hacia atrás. Las secuencias hacia delante y hacia atrás se alternaban con cada una de ellas.otra, cada una de las cuales tarda solo unas pocas docenas de milisegundos en completarse.
"Mientras estos animales avanzaban, sus cerebros cambiaban constantemente entre esperar lo que sucedería a continuación y recordar lo que acababa de suceder, todo en períodos de tiempo de una fracción de segundo", dice Pfeiffer.
Pfeiffer y su equipo están estudiando actualmente qué entradas están recibiendo estas células de otras partes del cerebro que hacen que actúen en estos patrones hacia adelante o hacia atrás. En teoría, dice, podría ser posible secuestrar este sistema para ayudar alrecordar con más fidelidad dónde ocurrió un evento. De manera similar, agrega Lega, las técnicas de estimulación podrían finalmente imitar el patrón preciso de las células del tiempo para ayudar a las personas a recordar con mayor precisión las secuencias temporales de eventos. Otros estudios con "En las últimas décadas,ha habido una explosión de nuevos descubrimientos sobre la memoria ", añade." La distancia entre los descubrimientos fundamentales en los animales y cómo pueden ayudar a las personas se está acortando ahora ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por UT Southwestern Medical Center . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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