¿Cómo forman las neuronas recuerdos a largo plazo?

Un día de finales de verano de 1953, un joven que pronto sería conocido como el paciente H.M., se sometió a una cirugía experimental. En un intento por tratar sus convulsiones debilitantes, un cirujano extrajo porciones de su cerebro, incluida parte de una estructura llamada hipocampo. Las convulsiones cesaron.

Desafortunadamente para el paciente H.M., también lo hizo el tiempo. Cuando se despertó después de la cirugía, ya no podía formar nuevos recuerdos a largo plazo, a pesar de conservar las habilidades cognitivas, el lenguaje y la memoria de trabajo a corto plazo normales.

La condición del paciente H.M. finalmente reveló que la capacidad del cerebro para crear recuerdos a largo plazo es un procedimiento distinto que depende del hipocampo. En ese momento, los científicos habían descubierto dónde se crean los recuerdos. No obstante, se desconoce cómo se fabrican.

Ahora, los neurocientíficos de la Facultad de Medicina de Harvard han dado un paso decisivo en la búsqueda por comprender la biología de la memoria a largo plazo y encontrar formas de intervenir cuando los déficits de memoria ocurren con la edad o la enfermedad.

En un informe publicado en Nature, describieron un mecanismo, recientemente identificado, que las neuronas en el hipocampo del ratón adulto utilizan para regular las señales que reciben de otras neuronas, en un proceso que parece crítico para la consolidación y la recuperación de la memoria.

Los investigadores observaron que las nuevas experiencias activan poblaciones dispersas de neuronas en el hipocampo que expresan dos genes: Fos y Scg2. Estos genes permiten a las neuronas ajustar las entradas de las llamadas interneuronas inhibitorias, células que amortiguan la excitación neuronal.

De esta manera, pequeños grupos de neuronas dispares pueden formar redes persistentes con actividad coordinada en respuesta a una experiencia.

“Este mecanismo probablemente permite que las neuronas se comuniquen mejor entre sí, de modo que la próxima vez que sea necesario recordar un recuerdo, las neuronas se activen de manera más sincrónica”, explica Lynn Yap, director del estudio. “Creemos que la activación coincidente de este circuito mediado por Fos es potencialmente una característica necesaria para la consolidación de la memoria, por ejemplo, durante el sueño, y también la recuperación de la memoria en el cerebro”.

Orquestación de circuitos

Para formar recuerdos, el cerebro debe conectar de alguna manera una experiencia a las neuronas para que, cuando estas se reactiven, se pueda recordar la experiencia inicial.

En este estudio, los investigadores se propusieron explorar este proceso observando el gen Fos.  Este gen se expresa minutos después de que se active una neurona.

Así, los científicos aprovecharon esta oportunidad, utilizando Fos como marcador de actividad neuronal reciente, para identificar las células cerebrales que regulan la sed, el letargo y muchos otros comportamientos.

Los científicos plantearon la hipótesis de que el Fos podría desempeñar un papel fundamental en el aprendizaje y la memoria, pero durante décadas, la función de este gen ha sido un misterio. Para investigar, expusieron a los ratones a nuevos entornos y observaron las neuronas piramidales, las principales células del hipocampo.

De esta forma, descubrieron que poblaciones relativamente escasas de neuronas expresaban Fos después de la exposición a una nueva experiencia. Luego, impidieron que estas neuronas expresaran Fos, utilizando una herramienta basada en virus que se envió a un área específica del hipocampo, lo que dejó otras células sin afectar.

Los ratones que tenían Fos bloqueado de esta manera mostraron déficits de memoria significativos cuando se evaluaron en un laberinto que les obligó a recordar detalles espaciales, lo que indica que el gen juega un papel fundamental en la formación de la memoria.

Los investigadores estudiaron las diferencias entre las neuronas que expresaban Fos y las que no. Así, usando la optogenética para activar o desactivar las entradas de diferentes neuronas cercanas, descubrieron que la actividad de las neuronas que expresan Fos se ve más afectada por dos tipos de interneuronas.

También se descubrió que las neuronas que expresan Fos reciben un aumento de las señales inhibidoras o de amortiguación de la actividad de un tipo distinto de interneurona y una disminución de las señales inhibidoras de otro tipo. Estos patrones de señalización desaparecieron en neuronas con expresión de Fos bloqueada.