Un circuito cerebral en el tálamo nos ayuda a mantener la información en mente

A medida que las personas envejecen, su memoria de trabajo suele disminuir, lo que dificulta la realización de las tareas cotidianas. Una región clave del cerebro vinculada a este tipo de memoria es el tálamo anterior, que está principalmente involucrado en la memoria espacial: la memoria de nuestro entorno y cómo navegar por él.

En un estudio con ratones, los investigadores del MIT identificaron un circuito en el tálamo anterior que es necesario para recordar cómo navegar por un laberinto. Los investigadores también encontraron que este circuito se debilita en los ratones más viejos, pero mejorar su actividad mejora en gran medida su capacidad para recorrer el laberinto correctamente.

Esta región podría ofrecer un objetivo prometedor para los tratamientos que podrían ayudar a revertir la pérdida de memoria en las personas mayores, sin afectar otras partes del cerebro, dicen los investigadores.

«Al comprender cómo el tálamo controla la salida cortical, con suerte podríamos encontrar objetivos más específicos y susceptibles de fármacos en esta área, en lugar de modular en general la corteza prefrontal, que tiene muchas funciones diferentes», dice Guoping Feng, el James W. y Patricia T. Poitras Profesor de Cerebro y Ciencias Cognitivas del MIT, miembro del Instituto Broad de Harvard y del MIT, y director asociado del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro del MIT.

Feng es el autor principal del estudio, que aparece hoy en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias. Dheeraj Roy, becario NIH K99 y miembro de McGovern en el Instituto Broad, y Ying Zhang, miembro postdoctoral de J. Douglas Tan en el Instituto McGovern, son los autores principales del artículo.

memoria espacial

El tálamo, una pequeña estructura ubicada cerca del centro del cerebro, contribuye a la memoria de trabajo y muchas otras funciones ejecutivas, como la planificación y la atención. El laboratorio de Feng ha estado investigando recientemente una región del tálamo conocida como tálamo anterior, que tiene funciones importantes en la memoria y la navegación espacial.

Estudios previos en ratones han demostrado que el daño en el tálamo anterior conduce a deficiencias en la memoria de trabajo espacial. En humanos, los estudios han revelado una disminución relacionada con la edad en la actividad del tálamo anterior, que se correlaciona con un menor rendimiento en las tareas de memoria espacial.

El tálamo anterior se divide en tres secciones: ventral, dorsal y medial. En un estudio publicado el año pasado, Feng, Roy y Zhang estudiaron el papel del tálamo anterodorsal (AD) y el tálamo anteroventral (AV) en la formación de la memoria. Descubrieron que el tálamo AD está involucrado en la creación de mapas mentales de espacios físicos, mientras que el tálamo AV ayuda al cerebro a distinguir estos recuerdos de otros recuerdos de espacios similares.

En su nuevo estudio, los investigadores querían profundizar en el tálamo AV, explorando su papel en una tarea de memoria de trabajo espacial. Para hacer eso, entrenaron ratones para correr un laberinto simple en forma de T. Al comienzo de cada ensayo, los ratones corrieron hasta llegar a la T. Un brazo estaba bloqueado, obligándolos a correr por el otro brazo. Luego, los ratones se colocaron nuevamente en el laberinto, con ambos brazos abiertos. Los ratones fueron recompensados ​​si eligieron el brazo opuesto de la primera carrera. Esto significaba que para tomar la decisión correcta, tenían que recordar en qué dirección habían girado en la carrera anterior.

Mientras los ratones realizaban la tarea, los investigadores utilizaron optogenética para inhibir la actividad de las neuronas AV o AD durante tres partes diferentes de la tarea: la fase de muestra, que ocurre durante la primera ejecución; la fase de retraso, mientras esperan que comience la segunda tanda; y la fase de elección, cuando los ratones deciden qué camino tomar durante la segunda carrera.

Los investigadores encontraron que la inhibición de las neuronas AV durante las fases de muestra o elección no tuvo efecto en el rendimiento de los ratones, pero cuando suprimieron la actividad AV durante la fase de retraso, que duró 10 segundos o más, los ratones se desempeñaron mucho peor en la tarea.

Esto sugiere que las neuronas AV son más importantes para mantener la información en mente mientras se necesita para una tarea. Por el contrario, la inhibición de las neuronas AD interrumpió el rendimiento durante la fase de muestra pero tuvo poco efecto durante la fase de retraso. Este hallazgo fue consistente con el estudio anterior del equipo de investigación que mostró que las neuronas de AD están involucradas en la formación de recuerdos de un espacio físico.

«El tálamo anterior en general es una región de aprendizaje espacial, pero las neuronas ventrales parecen ser necesarias en este período de mantenimiento, durante este breve retraso», dice Roy. «Ahora tenemos dos subdivisiones dentro del tálamo anterior: una que parece ayudar con el aprendizaje contextual y la otra que realmente ayuda a retener esta información».

Disminución relacionada con la edad

Luego, los investigadores probaron los efectos de la edad en este circuito. Descubrieron que los ratones mayores (14 meses) se desempeñaron peor en la tarea del laberinto en T y que sus neuronas AV eran menos excitables. Sin embargo, cuando los investigadores estimularon artificialmente esas neuronas, el desempeño de los ratones en la tarea mejoró dramáticamente.

Otra forma de mejorar el rendimiento en esta tarea de memoria es estimular la corteza prefrontal, que también sufre un declive relacionado con la edad. Sin embargo, la activación de la corteza prefrontal también aumenta las medidas de ansiedad en los ratones, encontraron los investigadores.

«Si activamos directamente las neuronas en la corteza prefrontal medial, también provocará un comportamiento relacionado con la ansiedad, pero esto no sucederá durante la activación AV», dice Zhang. «Esa es una ventaja de activar AV en comparación con la corteza prefrontal».

Si se pudiera usar una tecnología no invasiva o mínimamente invasiva para estimular esas neuronas en el cerebro humano, podría ofrecer una forma de ayudar a prevenir el deterioro de la memoria relacionado con la edad, dicen los investigadores. Ahora están planeando realizar la secuenciación del ARN de una sola célula de las neuronas del tálamo anterior para encontrar firmas genéticas que podrían usarse para identificar las células que serían los mejores objetivos.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre investigación, innovación y enseñanza del MIT.