Científicos del MIT identifican circuitos cerebrales de formación de memoria

Modelo esquemático que muestra cómo se consolida la memoria en la corteza prefrontal y cómo el circuito a través de la amígdala cambia a medida que las células del engrama del hipocampo se silencian y los engramas corticales se activan.

Fuente: Cortesía de RIKEN

Un nuevo estudio en ratones del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) ha identificado un nuevo modelo esquemático y una línea de tiempo que ilustra cómo los recuerdos se consolidan en la corteza prefrontal (PFC) después de ser retransmitidos de una parte del cerebro a otra para almacenamiento a largo plazo .

Este informe, "Engramas y circuitos cruciales para la consolidación de sistemas de memoria", se publicó en línea antes de imprimir el 6 de abril en la revista Science . Susumu Tonegawa, director del Instituto de Ciencias del Cerebro RIKEN-MIT y del Centro de Genética del Circuito Neural (CNCG) fue el autor principal de este estudio. Estos hallazgos desafían los modelos históricos de formación de memoria a largo plazo y pueden conducir a revisiones de algunos modelos dominantes de consolidación de memoria, según los investigadores del MIT.

Otros contribuidores a este innovador estudio incluyen al autor principal, Takashi Kitamura, a los posdoctorados Sachie Ogawa, Teruhiro Okuyama y Mark Morrissey; junto con la estudiante de posgrado Dheeraj Roy, la asociada técnica Lillian Smith, y el ex postdoc Roger Redondo.

El nuevo estudio MIT de Kitamura et al. revela, por primera vez, que los recuerdos se forman inicialmente simultáneamente en el hipocampo y las neuronas especializadas en la corteza prefrontal llamadas "células del engrama" que consolidan recuerdos a largo plazo a lo largo del tiempo. En una declaración a MIT News, Tonegawa dijo: "Este y otros hallazgos en este documento proporcionan un mecanismo de circuito integral para la consolidación de la memoria".

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Para determinar qué áreas específicas de la corteza cerebral eran importantes para formar una memoria a largo plazo, los investigadores bloquearon las entradas a diferentes áreas del cerebro durante el acondicionamiento y la memoria durante un período de 3 semanas. Sorprendentemente, los investigadores encontraron que los recuerdos a largo plazo permanecen "silenciosos" en la corteza prefrontal durante aproximadamente dos semanas antes de madurar y se consolidan en recuerdos permanentes a largo plazo.

El autor principal Takashi Kitamura dijo en un comunicado: "Descubrimos la existencia de células del engrama cortical, pero resulta que no se forman gradualmente con el tiempo. En realidad, se forman al mismo tiempo que la memoria inicial en el hipocampo ". Morrissey agregó:" Se forman en paralelo, pero luego van por caminos diferentes desde allí. La corteza prefrontal se vuelve más fuerte y el hipocampo se vuelve más débil ".

La corteza prefrontal, el hipocampo y la amígdala trabajan en concierto para consolidar los recuerdos a largo plazo durante un período de 12 días

Un estudio MIT de los circuitos neuronales que subyacen al proceso de la memoria revela, por primera vez, que los recuerdos se forman simultáneamente en el hipocampo y la ubicación de almacenamiento a largo plazo en la corteza cerebral. Esta imagen muestra las celdas del engrama de memoria (verde y rojo) que son cruciales para el almacenamiento permanente de la memoria en la corteza prefrontal.

Fuente: Cortesía de Takashi Kitamura, laboratorio de Tonegawa

Este estudio ilustra cómo la conectividad funcional con otras regiones cerebrales permite que las células del engrama cortical maduren y se conviertan en recuerdos permanentes a largo plazo en las neuronas PFC en el transcurso de aproximadamente 12 días. Específicamente, los investigadores etiquetaron células de memoria en tres partes del cerebro: la corteza prefrontal , el hipocampo (HPC) y la amígdala basolateral (BLA). Notablemente, encontraron que BLA almacena asociaciones emocionales positivas y negativas a una memoria en conjunto con PFC y HPC.

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Los hallazgos sugieren que las teorías tradicionales de la consolidación de la memoria a largo plazo solo pueden ser parcialmente precisas. Los recuerdos parecen formarse rápida y simultáneamente tanto en la corteza prefrontal como en el hipocampo el día que se crea una memoria inicial. Luego, la memoria se consolida en el PFC a lo largo del tiempo.

Históricamente, el hipocampo ha sido considerado por la mayoría de los expertos como el "centro de la memoria" y la corteza prefrontal fue considerada la sede de "funciones ejecutivas" tales como planificación, regulación emocional, control de los impulsos, flexibilidad cognitiva, etc. Estos nuevos hallazgos desafían los tradicionales puntos de vista del papel que juegan el hipocampo y la corteza cerebral en la consolidación de la memoria.

Kitamura y sus colegas también descubrieron que las células del engrama vinculadas a eventos emocionales positivos y negativos estaban codificadas en la amígdala, que está conectada al hipocampo y a la corteza prefrontal como parte de una red neuronal. Los últimos hallazgos del MIT pueden desacreditar otro mito popular de que la amígdala es el "centro de miedo" del cerebro.

Curiosamente, una vez que se formó un recuerdo en las células del engrama de la amígdala basolateral, se mantuvo sin cambios a lo largo del curso del experimento. Las células de memoria Engram en la amígdala parecen necesarias para la comunicación de un espectro de emociones vinculadas a un recuerdo particular. La amígdala actúa como un tipo de estación de retransmisión emocional entre el hipocampo y la corteza prefrontal.

Los avances tecnológicos en el laboratorio MIT de Tonegawa avanzan Nuestro entendimiento de las células Engram y el circuito cerebral necesarios para la formación de la memoria

En 2012, el laboratorio de Tonegawa desarrolló un avance tecnológico que les permitió etiquetar células del engrama específicas en varias partes del cerebro que contenían recuerdos específicos. Esto permitió a los investigadores rastrear el circuito cerebral involucrado en la formación, almacenamiento y recuperación de la memoria. Usando optogenética de última generación, el equipo de Tonegawa pudo encender y apagar las celdas de destino usando ráfagas de luz. Activando estas células "on" memorias reactivadas artificialmente contenidas en células de engrama específicas.

Para su último estudio, los investigadores del MIT etiquetaron las células de memoria en ratones durante un evento de condicionamiento del miedo, que fue un choque eléctrico leve en el pie cuando el ratón estaba en una cámara particular. Optogenética les permitió observar el comportamiento de congelación posterior condicionado por el miedo en el lugar cuando se reactivaron las células de engrama específicas. Estos hallazgos también se corroboraron al colocar a los ratones nuevamente en la cámara original donde se habían administrado los golpes en los pies para observar un recuerdo natural de la memoria basada en el miedo.

Se necesita más investigación para determinar si los recuerdos se desvanecen por completo de las células del hipocampo o si quedan restos en las células del engrama del hipocampo. Actualmente, los investigadores en el laboratorio de Tonegawa solo pueden monitorear las células engram durante algunas semanas. Pero están trabajando en avances en su tecnología que les permitirán monitorear estas células por períodos más largos.

Kitamura tiene la corazonada de que algún rastro de memoria permanece en el hipocampo indefinidamente y que los detalles se recuperan y se actualizan ocasionalmente si se activa una memoria. "Para discriminar dos episodios similares, este engrama silencioso puede reactivarse y las personas pueden recuperar la memoria episódica detallada, incluso en puntos de tiempo muy remotos", dijo Kitamura.

En el futuro, los investigadores del MIT también planean investigar cómo evoluciona el proceso de maduración de un engrama de memoria en la corteza prefrontal. Estén atentos para la investigación de seguimiento del laboratorio de Tonegawa y otros que nos ayudarán a comprender mejor cómo las células del engrama y los circuitos neuronales complejos trabajan en conjunto para consolidar los recuerdos.