Los recuerdos a largo plazo podrían no “pegarse” en el cerebro por las razones que pensábamos, revela un estudio con ratones en hibernación artificial.
En lugar de depender de muchos enlaces individuales y fuertes entre las neuronas —los cuales normalmente se reducen durante la hibernación—, los recuerdos duraderos parecen requerir patrones de conectividad de nivel superior, según el estudio.
“Esta arquitectura topológica de la red más amplia parece ser más importante” que las conexiones individuales y sólidas, dijo el coautor Kazumasa Tanaka, jefe de la Unidad de Investigación de Memoria del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa.
Los hallazgos, publicados el jueves (13 de agosto) en la revista Science, podrían complicar la visión de cómo funciona la retención de la memoria.
Tanaka y sus colegas emplearon la hibernación para estudiar la memoria porque estudios previos de animales hibernantes han mostrado que sus cerebros se encogen y reducen las conexiones entre células durante estos periodos prolongados de baja actividad metabólica. Al mismo tiempo, la actividad cerebral se ralentiza, y la pérdida de conexiones se atribuye a este mecanismo de ahorro de energía.
A pesar de esta reducción cerebral, los animales hibernantes, como las marmotas alpinas (Marmota marmota) y las ardillas terrestres europeas (Spermophilus citellus), aún conservan recuerdos que formaron antes de entrar en hibernación. “Algunos estudios reportan que sus recuerdos están intactos, incluso después, para poder recordar congéneres [miembros de la misma especie], como sus amigos, o pueden recordar las ubicaciones de su comida,” explicó Tanaka a Live Science.
El nuevo estudio buscó abordar la pregunta de qué permite que esos recuerdos permanezcan incluso después de que desaparecen muchas conexiones entre las células del cerebro.
Un “interruptor” en el cerebro para activar la hibernación
Un dogma central de la neurociencia sostiene que los recuerdos se crean cuando las conexiones entre neuronas se fortalecen.
Mediante un proceso llamado potenciación a largo plazo (LTP), las neuronas que envían mensajes químicos con frecuencia a sus vecinas empiezan a liberar más de esas señales. A su vez, las vecinas se vuelven más sensibles a las señales aumentando su número de receptores y el tamaño de sus espinas dendríticas —las estructuras físicas que reciben entradas de otras neuronas. En última instancia, la LTP forja un lazo fuerte en el punto donde dos neuronas se encuentran, llamada sinapsis.
Un antiguo adagio en la neurociencia resume la idea: “Las neuronas que se activan juntas, se conectan entre sí.”
“No creo que nuestro estudio vaya en contra de esta hipótesis de LTP”, dijo Tanaka, señalando que muchos estudios respaldan la idea de que la LTP es crucial para que el cerebro forje nuevos recuerdos. Sin embargo, cuando se trata de mantener los recuerdos con el tiempo, la LTP podría no ser el ingrediente más esencial.
Estudios recientes han descubierto que las estructuras de los recuerdos en el cerebro son realmente muy dinámicas. En lugar de depender de un conjunto estricto y constante de conexiones entre neuronas específicas, estas huellas físicas de los recuerdos “se desplazan” con el tiempo, en cuestión de días, señaló Tanaka. A medida que un recuerdo se desplaza, las conexiones fortalcidas por LTP que lo originaron pueden perderse; y aun así, el recuerdo persiste.
La pregunta es cómo.
El nuevo estudio se centró en el hipocampo, un centro importante de procesamiento de memoria en el cerebro. Se enfocó en memorias episódicas, es decir, aquellas relacionadas con eventos específicos y experiencias personales. Estas memorias nacen en el hipocampo, permanecen allí por un tiempo y luego se trasladan a otras partes del cerebro para un almacenamiento de ultralargo plazo. Esa transferencia puede tomar semanas, meses o más, y algunos neurocientíficos piensan que los detalles contextuales de las memorias —como el entorno en el que se formaron— permanecen para siempre incrustados en el hipocampo.
En este caso, los investigadores se interesaron en ese periodo inicial de almacenamiento de memoria en el hipocampo, así que sometieron a ratones de laboratorio a varios experimentos para inculcarles nuevos recuerdos. En un experimento, les enseñaron a asociar un entorno específico con una leve sacudida en sus patas; en otro, aprendieron las ubicaciones de pellets de azúcar dentro de un laberinto.
Luego, sometieron a esos ratones a dos días de hibernación artificial, activando un conjunto especial de neuronas en el cerebro que había sido identificado en trabajos anteriores. En cuestión de minutos, el cerebro de los ratones comenzó a cambiar.
“Sabíamos que ocurriría cierto grado de remodelación, pero el grado fue mucho mayor de lo que esperábamos”, dijo Tanaka. En 30 minutos, el cerebro ya estaba reduciendo las sinapsis, y dentro de las 24 horas, “encontraron que más de la mitad de las sinapsis ya habían desaparecido”, añadió.
Recuerdos completamente intactos
A pesar de este cambio drástico en el hipocampo, los ratones recordaron lo que habían aprendido antes de la hibernación. Después de la hibernación, los ratones se quedaron inmóviles cuando fueron colocados en el entorno en el que fueron expuestos al choque, y en el laberinto, se dirigieron a la comida con la misma facilidad que antes de la hibernación —indicios de que recordaban ambos eventos.
“Para comparar a los animales con o sin hibernación, sus comportamientos no difieren en absoluto”, dijo Tanaka.
Para entender cómo podría ser posible, el equipo comparó a los ratones hibernantes con otro grupo de ratones de laboratorio, que fueron sometidos a anestesia de largo plazo y tratados con una molécula que bloquea que las neuronas fortalezcan sus sinapsis. Este segundo grupo de ratones también presentó una pérdida drástica de sinapsis, pero a diferencia de los ratones hibernantes, sus recuerdos no persisten tras el tratamiento. ¿Qué hizo la diferencia?
Mirando más de cerca estos cerebros de ambos grupos, los científicos detectaron una distinción: en los ratones hibernantes, ciertos agrupamientos de sinapsis parecían ser resilientes y sobrevivieron a la poda.
Estas conexiones salvadas tendían a ser nodos donde una única neurona que envía mensajes salientes se conectaba con varias células vecinas, difundiendo sus señales. También aparecían en lugares donde muchas espinas dendríticas —los puntos donde las neuronas reciben mensajes— estaban agrupadas cerca una de otra y recibían mensajes de múltiples neuronas a la vez.
“Esa estructura única se conserva durante la hibernación”, dijo Tanaka. “Bajo anestesia, descubrimos que están completamente disruptas.”
«El tamaño de las espinas dendríticas no parecía importar», añadió. «Fue este patrón de agrupamiento el que pareció ser clave para la supervivencia de los recuerdos.»
Mirando hacia el futuro, hay mucho más por aprender sobre estos agrupamientos y su relación con la retención de la memoria. Los científicos están trabajando para caracterizar los agrupamientos a nivel molecular. En el futuro, esperan poder manipular la estructura y la formación de los agrupamientos para ver qué efecto tiene en la memoria. También están realizando experimentos para entender cómo el cerebro favorece la conservación de estos agrupamientos mientras poda tantas otras conexiones en el hipocampo, afirmó Tanaka.
Más allá de la neurociencia, la investigación podría ayudar a ingenieros a diseñar mejores formas de almacenar datos en sistemas informáticos, señaló. Pero cuando se trata de la memoria de los seres vivos, el estudio avanza la comprensión de cómo las huellas físicas de la memoria en el cerebro pueden cambiar tanto sin sacrificar los recuerdos mismos.
“Con este estudio,” dijo Tanaka, “solo abrimos otra puerta para abordar este problema.”
