El primer beso o un golpe en la noche – dejan huellas en la memoria que puede evocar en el recuerdo de cosas pasadas, completo con el tiempo, lugar y todas las sensaciones de la experiencia. Los neurocientíficos llaman a estos engramas de rastros de memoria.
Pero son los engramas conceptuales, o son una red física de las neuronas en el cerebro?
En un nuevo estudio del MIT, los investigadores utilizaron la optogenética para mostrar que los recuerdos realmente residen en las células del cerebro muy específicas, y que simplemente activando una pequeña fracción de las células del cerebro puede recordar una memoria completa – que explica, por ejemplo, cómo Marcel Proust puede recapitular su infancia desde el aroma de una galleta, una vez amada Magdalena.
«Se demuestra que el comportamiento sobre la base de cognición de alto nivel, como la expresión de una memoria específica, se pueden generar en un mamífero mediante la activación física muy específico de una subpoblación específica pequeña de las células cerebrales, en este caso por la luz», afirma Susumu Tonegawa, profesor de Picower de Biología y Neurociencia del MIT y autor principal del estudio publicado en línea hoy en la revista Nature. «Esta es la rigurosamente diseñado del siglo 21 la prueba de la temprana década de 1900 observación accidental neurocirujano canadiense Wilder Penfield lo que sugiere que la mente se basa en la materia.»
En que la cirugía famoso, Penfield los pacientes epilépticos tratados por los sacando las partes del cerebro donde los ataques se originaron. Para asegurarse de que sólo destruyó las neuronas problemáticas, Penfield estimuló el cerebro con pequeñas sacudidas de electricidad, mientras que los pacientes, que estaban bajo anestesia local, informó de lo que estaban experimentando. Sorprendentemente, algunos recordaban vivamente toda eventos complejos cuando Penfield estimuló a sólo unas pocas neuronas en el hipocampo, una región ahora se considera esencial para la formación y la recuperación de recuerdos episódicos.
Los científicos han continuado explorando este fenómeno, pero hasta ahora, nunca se ha demostrado que la reactivación directa del hipocampo era suficiente para causar la recuperación de la memoria.
Arrojar luz sobre el asunto
Un avance rápido hasta la introducción, hace siete años, de la optogenética, que puede estimular las neuronas que están genéticamente modificadas para expresar proteínas activadas por la luz. «Pensamos que podríamos utilizar esta nueva tecnología para probar directamente la hipótesis sobre la codificación de la memoria y el almacenamiento en un experimento de imitación», dice el co-autor Xu Liu, un investigador postdoctoral en el laboratorio de Tonegawa.
«Queríamos para activar artificialmente una memoria sin la habitual experiencia sensorial requerida , lo que proporciona evidencia experimental de que los fenómenos, incluso efímeros, como los recuerdos personales, residen en la maquinaria física del cerebro», agrega el coautor Steve Ramírez, un estudiante graduado en laboratorio de Tonegawa.
Primero, los investigadores identificaron un conjunto específico de células cerebrales en el hipocampo, que se activa sólo cuando el ratón estaba aprendiendo acerca de un nuevo entorno. Ellos determinaron que los genes se activan en las células, y junto con el gen de la canalrodopsina-2 (ChR2), una proteína activada por la luz utilizada en la optogenética.
A continuación, se estudiaron ratones con esta copla genética en las células del giro dentado del hipocampo, el uso de pequeñas fibras ópticas para proporcionar pulsos de luz a las neuronas. La proteína activada por la luz sólo se expresa en las neuronas implicadas en el aprendizaje experimental – una ingeniosa manera de permitir el etiquetado de la red física de las neuronas asociadas a un engrama de memoria específico para una experiencia específica.
Por último, los ratones entrado en un medio ambiente y, después de unos minutos de exploración, recibió un golpe ligero en los pies, aprender a temer el ambiente particular en que se produjo el choque. Las células del cerebro se activan durante el condicionamiento del miedo se convirtió en etiquetado con ChR2. Más tarde, cuando son expuestos a pulsos de disparo de la luz en un ambiente completamente diferente, las neuronas implicadas en la memoria del miedo encendido – y los ratones rápidamente entró en una postura defensiva, inmóvil.
Falsos recuerdos
Este congelamiento inducida por la luz sugiere que los animales eran en realidad recordando la memoria de ser sorprendido. Los ratones parece percibirse esta repetición de una memoria de miedo – pero la memoria se reactivó de forma artificial. «Nuestros resultados muestran que las memorias realmente no residen en las células del cerebro muy específicas», dice Liu, «y simplemente por la reactivación de estas células por medios físicos, como la luz, una memoria completa se puede recuperar.»
En relación con el filósofo francés del siglo 17 que escribió: «Pienso, luego soy», dice Tonegawa, «René Descartes no creía que la mente puede ser estudiado como una ciencia natural. Estaba equivocado. Este método experimental es la mejor manera de demostrar que la mente, como recuperación de la memoria, se basa en cambios en la materia. »
«Este notable trabajo exhibe el poder de combinar las últimas tecnologías para atacar a uno de los problemas centrales de la neurobiología», dice Charles Stevens, profesor en el Laboratorio de Neurobiología Molecular
en el Instituto Salk, que no participó en esta investigación. «Mostrando que la reactivación de las células nerviosas que estaban activos durante el aprendizaje puede reproducir el comportamiento que se aprende es sin duda un hito.»
El método también puede tener aplicaciones en el estudio de enfermedades neurodegenerativas y neuropsiquiátricas. «Cuanto más sabemos acerca de las piezas en movimiento que forman nuestro cerebro», dice Ramírez, «el mejor equipados estaremos para averiguar lo que sucede cuando las piezas del cerebro se rompen.»
Otros colaboradores de este estudio fueron Karl Deisseroth de la Universidad de Stanford, cuyo laboratorio desarrolló optogenética, y Petti T. Pang, Corey B. Puryear y Arvind Govindarajan del Centro RIKEN-MIT de Genética Circuito neuronal en el Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria en el MIT . El trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud y del RIKEN Brain Science Institute.
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