Un estudio financiado por el NIH utiliza técnicas de imágenes de última generación para reconstruir las características subyacentes al aprendizaje y la memoria en el cerebro del ratón.
En un estudio financiado por los Institutos Nacionales de la Salud (NIH), investigadores revelaron las bases estructurales de la formación de la memoria a través de una amplia red neuronal en el cerebro de ratones. Este trabajo arroja luz sobre la naturaleza fundamentalmente flexible de cómo se forman los recuerdos, detallando los cambios relacionados con el aprendizaje a nivel celular y subcelular con una precisión sin precedentes. Comprender esta flexibilidad podría ayudar a explicar por qué los procesos de memoria y aprendizaje a veces fallan.
Los hallazgos, publicados en Science , mostraron que las neuronas asignadas a un rastro de memoria reorganizaron sus conexiones con otras neuronas mediante un tipo de conexión atípica denominada botón multisináptico. En un botón multisináptico, el axón de la neurona que transmite la señal con información contacta con múltiples neuronas que la reciben. Según los investigadores, los botones multisinápticos podrían facilitar la flexibilidad celular en la codificación de la información observada en investigaciones previas.
Los investigadores también descubrieron que las neuronas implicadas en la formación de la memoria no estaban conectadas preferentemente entre sí. Este hallazgo desafía la idea de que «las neuronas que se activan juntas se conectan entre sí», como predeciría la teoría tradicional del aprendizaje.
Además, los investigadores observaron que las neuronas asignadas a un rastro de memoria reorganizaron ciertas estructuras intracelulares que proporcionan energía y favorecen la comunicación y la plasticidad en las conexiones neuronales. Estas neuronas también mostraron interacciones mejoradas con las células de soporte conocidas como astrocitos.
Utilizando una combinación de herramientas genéticas avanzadas, microscopía electrónica 3D e inteligencia artificial, los científicos de Scripps Research Marco Uytiepo, Anton Maximov, Ph.D., y sus colegas reconstruyeron un diagrama de cableado de las neuronas involucradas en el aprendizaje e identificaron cambios estructurales en estas neuronas y sus conexiones a nivel celular y subcelular.
Vista tridimensional de un botón multisináptico atípico, un sello estructural de los engramas de memoria. Laboratorio Maximov en Scripps Research.
Para examinar las características estructurales asociadas con el aprendizaje, los investigadores expusieron a ratones a una tarea de condicionamiento y examinaron la región hipocampal del cerebro aproximadamente una semana después. Seleccionaron este momento porque ocurre después de la codificación inicial de los recuerdos, pero antes de su reorganización para el almacenamiento a largo plazo. Mediante técnicas genéticas avanzadas, los investigadores etiquetaron permanentemente subconjuntos de neuronas hipocampales activadas durante el aprendizaje, lo que permitió una identificación fiable. Posteriormente, utilizaron microscopía electrónica 3D y algoritmos de inteligencia artificial para producir reconstrucciones a nanoescala de las redes neuronales excitatorias implicadas en el aprendizaje.
Este estudio proporciona una visión integral de las características estructurales de la formación de la memoria en una región cerebral. También plantea nuevas preguntas para una mayor exploración. Estudios futuros serán cruciales para determinar si mecanismos similares operan en diferentes momentos y circuitos neuronales. Además, se necesita más investigación sobre la composición molecular de los botones multisinápticos para determinar su papel preciso en la memoria y otros procesos cognitivos.
La investigación fue apoyada con fondos del Instituto Nacional de Salud Mental, el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares y la Iniciativa de Investigación Cerebral a través del Avance de Neurotecnologías Innovadoras® del NIH , o The BRAIN Initiative®.
