Los investigadores observan la formación de la memoria en tiempo real

¿Por qué es que alguien que no ha montado una bicicleta en décadas probablemente pueda saltar y alejarse sin tambalearse, pero probablemente no pueda recordar más que un nombre o dos de su clase de 3er grado?

Esto puede deberse a que las habilidades físicas, denominadas memorias motoras por los neurocientíficos, están codificadas de manera diferente en nuestro cerebro que nuestros recuerdos de nombres o hechos.

Ahora, un nuevo estudio realizado por científicos del Instituto de Neurociencias Wu Tsai está revelando exactamente cómo se forman los recuerdos motores y por qué son tan persistentes. Incluso puede ayudar a iluminar las causas fundamentales de los trastornos del movimiento como la enfermedad de Parkinson.

«Creemos que la memoria motora es única», dijo Jun Ding, profesor asociado de neurocirugía y neurología. «Algunos estudios sobre la enfermedad de Alzheimer incluyeron participantes que anteriormente eran músicos y no podían recordar a sus propias familias, pero aún podían tocar música hermosa. Claramente, hay una gran diferencia en la forma en que se forman los recuerdos motores».

Se cree que los recuerdos están codificados en el cerebro en el patrón de actividad en redes de cientos o miles de neuronas, a veces distribuidas en regiones cerebrales distantes. El concepto de un rastro de memoria de este tipo, a veces llamado engrama de memoria, ha existido durante más de un siglo, pero identificar exactamente qué es un engrama y cómo está codificado ha resultado extremadamente desafiante. Estudios previos han demostrado que algunas formas de aprendizaje activan neuronas específicas, que se reactivan cuando se recuerda la memoria aprendida. Sin embargo, aún se desconoce si existen neuronas de engramas de memoria para el aprendizaje de habilidades motoras.

Ding y los académicos postdoctorales Richard Roth y Fuu-Jiun Hwang querían saber cómo estos grupos de células similares a engramas se involucran en el aprendizaje y el recuerdo de una nueva habilidad motora.

«Cuando estás aprendiendo a lanzar una pelota de baloncesto por primera vez, usas un conjunto muy diverso de neuronas cada vez que lanzas, pero a medida que mejoras, usas un conjunto más refinado que es el mismo cada vez», dijo Roth. «Se pensaba que estas vías neuronales refinadas eran la base de un engrama de memoria, pero queríamos saber exactamente cómo surgen estas vías».

En su nuevo estudio, publicado el 8 de julio de 2022 en Neurona, los investigadores entrenaron a los ratones para que usaran sus patas para alcanzar los gránulos de comida a través de una pequeña ranura. Utilizando la magia genética desarrollada por el laboratorio de Liqun Luo, un colega del Instituto de Neurociencias Wu Tsai en el Departamento de Biología, los investigadores pudieron identificar neuronas específicas en la corteza motora del cerebro, un área responsable de controlar los movimientos, que se activaron durante el aprendizaje. proceso. Los investigadores etiquetaron estas células de engrama potenciales con un marcador fluorescente para poder ver si también desempeñaron un papel en la recuperación de la memoria más adelante.

Cuando los investigadores probaron la memoria de los animales de esta nueva habilidad semanas más tarde, encontraron que los ratones que aún recordaban la habilidad mostraron una mayor actividad en las mismas neuronas que se identificaron por primera vez durante el período de aprendizaje, lo que demuestra que estas neuronas eran responsables de codificar la habilidad. habilidad: los investigadores habían observado la formación de engramas de memoria.

Pero, en primer lugar, ¿cómo asumen estos grupos particulares de neuronas la responsabilidad de aprender una nueva tarea? ¿Y cómo mejoran realmente el rendimiento del animal?

Para responder a estas preguntas, los investigadores se acercaron más. Usando microscopía de dos fotones para observar estos circuitos vivos en acción, observaron que las llamadas «neuronas de engrama» se reprogramaban a sí mismas a medida que aprendían los ratones. Las células del engrama de la corteza motora recibieron nuevas entradas sinápticas, lo que potencialmente refleja información sobre el movimiento de alcance, y ellas mismas formaron nuevas y poderosas conexiones de salida en una región distante del cerebro llamada cuerpo estriado dorsolateral, una estación de paso clave a través de la cual las neuronas del engrama pueden ejercer un control refinado sobre el animal. movimientos Era la primera vez que alguien observaba la creación de nuevas vías sinápticas en la misma población de neuronas, tanto en los niveles de entrada como de salida, en estas dos regiones del cerebro.

La capacidad de rastrear la formación de nuevos recuerdos en el cerebro del ratón permitió al equipo de investigación participar en un debate de larga data sobre cómo se almacenan las habilidades en el cerebro: ¿se controlan desde un rastro de memoria central, o engrama, o la memoria es redundante? almacenados en muchas áreas diferentes del cerebro? Aunque este estudio no puede descartar la idea de la memoria centralizada, le da credibilidad a la teoría opuesta. Otra cuestión fascinante es si se requiere la activación de estas neuronas de engrama para la realización de tareas motoras ya aprendidas. Los investigadores especularon que al suprimir la actividad de las neuronas que habían sido identificadas como parte del engrama de memoria de la corteza motora, los ratones probablemente aún podrían realizar la tarea.

«Piense en la memoria como una autopista. Si la 101 y la 280 están cerradas, aún podría llegar a Stanford desde San Francisco, solo que tomaría mucho más tiempo», dijo Ding.

Estos hallazgos sugieren que, además de estar dispersos, los recuerdos motores son muy redundantes. Los investigadores dicen que a medida que repetimos las habilidades aprendidas, estamos reforzando continuamente los engramas motores mediante la construcción de nuevas conexiones, refinando la habilidad. Es lo que significa el término memoria muscular: una red refinada y altamente redundante de engramas motores que se usa con tanta frecuencia que la habilidad asociada parece automática.

Ding cree que esta repetición constante es una de las razones de la persistencia de la memoria motora, pero no es la única razón. La persistencia de la memoria también puede verse afectada por una habilidad asociada con una recompensa, tal vez a través del neurotransmisor dopamina. Aunque el equipo de investigación no lo abordó directamente en este estudio, el trabajo anterior de Ding en la enfermedad de Parkinson sugiere la conexión.

«El pensamiento actual es que la enfermedad de Parkinson es el resultado del bloqueo de estos engramas motores, pero ¿qué pasa si en realidad se están perdiendo y las personas están olvidando estas habilidades?» dijo Ding. «Recuerde que incluso caminar es una habilidad motora que todos aprendimos una vez, y potencialmente puede olvidarse».

Es una pregunta que los investigadores esperan responder en un estudio de seguimiento, porque puede ser la clave para desarrollar tratamientos efectivos para los trastornos motores. Si la enfermedad de Parkinson es el resultado de memorias motoras bloqueadas, entonces los pacientes deberían poder mejorar sus habilidades de movimiento practicando y reforzando estas habilidades motoras. Por otro lado, si el Parkinson destruye los engramas motores e inhibe la creación de otros nuevos, al atacar las neuronas del engrama motor y su conexión sináptica observada en el nuevo estudio del equipo, entonces se debe adoptar un enfoque completamente diferente para brindar tratamientos efectivos.

«Nuestro próximo objetivo es comprender lo que sucede en los trastornos del movimiento como el Parkinson», dijo Ding. «Obviamente, todavía estamos muy lejos de una cura, pero comprender cómo se forman las habilidades motoras es fundamental si queremos entender por qué las enfermedades las interrumpen».