MADRID, 13 Ene. (EUROPA PRESS) -
El neocórtex es la parte más grande y compleja del cerebro y durante mucho tiempo se ha considerado el lugar de almacenamiento por excelencia de los recuerdos a largo plazo. Pero, ¿cómo se depositan allí las huellas de acontecimientos y experiencias pasadas?
Investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Friburgo (Alemania), dirigidos por el profesor Johannes Letzkus, y del Instituto Max Planck de Investigación Cerebral, han descubierto que una zona del cerebro poco estudiada, la "zona de incertidumbre" o "zona incerta", se comunica con el neocórtex de formas poco convencionales para controlar rápidamente la formación de la memoria.
Su trabajo proporciona el primer análisis funcional de cómo la inhibición de largo alcance determina el procesamiento de la información en el neocórtex. Las señales identificadas en este estudio son probablemente críticas no solo para la memoria, sino también para otras funciones cerebrales, como la atención. Los resultados acaban de publicarse en la revista 'Neuron'.
La memoria es una de las funciones más fundamentales del cerebro, ya que permite aprender de la experiencia y recordar el pasado. Además, una comprensión mecanicista de la memoria tiene implicaciones que pueden ir desde el tratamiento de los trastornos de memoria y ansiedad hasta el desarrollo de la inteligencia artificial y el diseño eficiente de hardware y software. Para formar recuerdos, el cerebro debe establecer conexiones entre las señales sensoriales "ascendentes" del entorno y las señales "descendentes" generadas internamente que transmiten información sobre experiencias pasadas y objetivos actuales. Estas señales descendentes son un tema central de la investigación actual.
En los últimos años, los investigadores han empezado a identificar una serie de sistemas de proyección descendente, todos los cuales comparten una serie de características comunes: señalan mediante excitación sináptica la forma habitual de enviar información entre regiones corticales, y también presentan un régimen común de codificación de la memoria. Un estímulo con relevancia aprendida provoca una respuesta más fuerte en estos sistemas, lo que sugiere que esta potenciación positiva es una pieza del rompecabezas que es el rastro de memoria.
INFLUENCIA EN LA FUNCIÓN DE RED
"A diferencia de estos sistemas, las vías inhibitorias de largo alcance son mucho más escasas y menos numerosas, pero cada vez hay más pruebas de que pueden tener efectos sorprendentemente potentes sobre la función de la red y el comportamiento", afirma el profesor Johannes Letzkus, catedrático de la Universidad de Friburgo y antiguo Jefe de Grupo de Investigación del Instituto Max Planck para el Cerebro. "Nos propusimos determinar si tales entradas podrían estar presentes en el neocórtex y, de ser así, cómo podrían contribuir de forma única a la memoria".
Anna Schroeder, primera autora del estudio e investigadora postdoctoral en el laboratorio de Letzkus, decidió centrarse en un núcleo subtalámico predominantemente inhibitorio, la zona 'incerta', para abordar esta cuestión. Aunque la función de esta región cerebral sigue siendo tan misteriosa como sugiere su nombre, sus hallazgos preliminares indican que la zona incerta envía proyecciones inhibitorias que inervan selectivamente regiones del neocórtex conocidas por su importancia para el aprendizaje.
En sus esfuerzos por estudiar la plasticidad de este sistema en todas las fases del aprendizaje, aplicó un método innovador que le permitió seguir las respuestas de las sinapsis individuales de la zona 'incerta' en el neocórtex antes, durante y después de un paradigma de aprendizaje.
REDISTRIBUCIÓN DE LA ACTIVIDAD DURANTE EL APRENDIZAJE
"Los resultados fueron sorprendentes", recuerda Schroeder. "Mientras que aproximadamente la mitad de las sinapsis desarrollaban respuestas positivas más fuertes durante el aprendizaje, la otra mitad hacía exactamente lo contrario. En efecto, lo que observamos fue, por tanto, una redistribución completa de la inhibición dentro del sistema debido al aprendizaje", explica. Esto sugiere que las sinapsis de la zona 'incerta' codifican la experiencia previa de un modo único y bidireccional.
Esto quedó especialmente claro cuando los científicos compararon la magnitud de la plasticidad con la fuerza de la memoria adquirida. Encontraron una correlación positiva, lo que demuestra que las proyecciones de la zona 'incerta' codifican la relevancia aprendida de los estímulos sensoriales.
En otros experimentos, Schroeder descubrió que el silenciamiento de estas proyecciones durante la fase de aprendizaje deteriora la traza de memoria más adelante, lo que indica que la plasticidad bidireccional que se produce en estas proyecciones es necesaria para el aprendizaje.
También descubrió que estas proyecciones inhibitorias forman preferentemente conexiones funcionales con otras neuronas inhibitorias del neocórtex, formando de hecho un circuito desinhibitorio de largo alcance. "Esta conectividad implica que una activación de la zona 'incerta' debería producir una excitación neta de los circuitos neocorticales", afirma Schroeder. "Sin embargo, combinar esto con la redistribución de la inhibición que vemos con el aprendizaje muestra que esta vía probablemente tiene consecuencias computacionales aún más ricas para el procesamiento neocortical", añade.
CAMBIOS EN LA REPRESENTACIÓN DE ESTÍMULOS
Los científicos estaban especialmente intrigados por la población de sinapsis de la zona 'incerta' que mostraban potenciación negativa, ya que este tipo de plasticidad nunca se había observado en las vías excitatorias descendentes estudiadas anteriormente. Consideraron que los enfoques computacionales podrían aportar información valiosa sobre cómo se desarrollan estas respuestas únicas. Otros análisis revelaron que, sorprendentemente, estas respuestas negativas son el principal motor de los cambios en la representación de los estímulos que se producen durante el propio aprendizaje.
Además, la zona 'incerta' es una de las pocas regiones en las que se aplica la estimulación cerebral profunda en personas con Parkinson, lo que abre una interesante posibilidad de trabajo traslacional en el futuro. "En última instancia, esperamos que este estudio también inspire a otros investigadores a seguir explorando el papel de la inhibición de largo alcance en la regulación de la función neocortical, tanto desde la zona 'incerta' como desde fuentes adicionales, aún por identificar", dice Letzkus.
