Una modificación radical del modelo de almacenamiento de memoria estándar

De acuerdo con la visión neurocientífica predominante, memoria de corto plazo se asocia con cambios funcionales en las sinapsis existentes, mientras que la memoria a largo plazo se asocia con cambios en la cantidad de conexiones sinápticas y el fortalecimiento de los circuitos cerebrales existentes. Como veremos en este artículo, este es un concepto muy problemático.

Fuente: Genny Anderson/Wikipedia Commons, CC BY-SA 4.0

Recientes descubrimientos

Curiosamente, el trabajo reciente en este campo en particular ha puesto en duda la idea de la conductancia sináptica como el mecanismo principal de la memoria. La investigación realizada por David Glanzman de la Universidad de California en Los Ángeles expuso a Aplysia (un tipo de caracol marino) a una corriente eléctrica suave, creando un recuerdo del evento expresado como nuevas sinapsis en el cerebro. Luego transfirieron las neuronas del molusco a una placa de Petri y activaron químicamente la memoria de choque en ellas.

Luego agregaron propranolol a las neuronas. La droga destruyó las sinapsis del molusco formadas durante el entrenamiento. Cuando los neurocientíficos estudiaron las células cerebrales, encontraron que incluso cuando se borraban las sinapsis, los cambios moleculares y químicos indicaban que el engrama, o rastro de la memoria, permanecía. Estos estudios sugieren que los recuerdos se almacenan dentro de las neuronas de Aplysia y muy probablemente en todos los animales.

En la misma línea, investigadores de la Universidad de Pensilvania descubrieron en cerebros de ratones que una enzima metabólica clave llamada acetil-CoA sintetasa 2, o ACSS2, trabaja directamente en el núcleo de las neuronas para convertir genes activar o desactivar cuando se crean nuevos recuerdos. Usando modelos de ratón, los investigadores del laboratorio de Carlos Lois en Caltech han determinado que los recuerdos fuertes y estables no se codifican por el fortalecimiento de las conexiones con una sola neurona, como se pensaba hasta hace poco, sino por grupos de neuronas que disparan. en sintonía.

Finalmente, en un artículo de 2016 titulado Synapse Death as a Locus of Memory: A Threatening Paradigm Shift? Patrick Trettenbrein, del Departamento de Desarrollo del Lenguaje y Ciencias Cognitivas de la Universidad de Graz en Austria, revisó la evidencia y concluyó que la sinapsis no es adecuada para estudiar el mecanismo de memoria básico del cerebro. Se ha demostrado repetidamente que la memoria persiste a pesar de la destrucción de las sinapsis, y las sinapsis regresan a un ritmo muy alto, incluso si no se aprende nada. Dado todo lo anterior, el argumento en contra de la plasticidad sináptica es convincente.

Con el fin de conocimiento y almacenamiento de memoria, la opinión científica actualmente más basada en la evidencia es que la interacción entre tres partes móviles (una proteína de unión, una proteína estructural y calcio) es necesaria para que las señales eléctricas ingresen a las células nerviosas y reorganicen el citoesqueleto. El citoesqueleto es una red densa de varias proteínas filamentosas en todas las células nucleadas, como las humanas y otros animales, que son esenciales para la formación celular, la división celular y la migración celular.

Los filamentos de actina, los microtúbulos y los filamentos intermedios forman los componentes principales del citoesqueleto. Es en estos citoesqueletos dentro de las neuronas donde se cree que se almacenan los recuerdos.

Durante décadas, los científicos carecieron de herramientas experimentales para registrar los diversos componentes de una sola célula nerviosa. Hace unos años, los investigadores se dieron cuenta de que una sola neurona podía funcionar como una puerta lógica, similar a las neuronas en los circuitos digitales.

Recientemente, investigadores en Alemania descubrieron que las dendritas individuales pueden procesar las señales que reciben de las neuronas vecinas antes de transmitirlas como entrada a la respuesta general de la célula. Parece que pequeños compartimentos en las ramas dendríticas de las neuronas corticales pueden realizar operaciones complejas en lógica matemática.

En teoría, casi cualquier cálculo imaginable puede ser realizado por una sola neurona con suficientes dendritas, cada una capaz de realizar su propia operación no lineal. Una neurona que se comporta como una red de múltiples capas tiene mucho más poder de procesamiento y, por lo tanto, puede aprender o almacenar más datos. «Muy pocas personas se han tomado en serio la idea de que una sola neurona puede ser un dispositivo informático complejo», dijo Gary Marcus, científico cognitivo de la Universidad de Nueva York.

Más investigación sobre cómo las neuronas realizan sus tareas neurólogo Jeffrey McLees de la Facultad de Medicina de Harvard desafió el dogma de que el núcleo y el cuerpo celular son los centros de control de las neuronas. Los resultados de McLees sugieren que los conos de crecimiento, los extremos de los filamentos axonales, pueden recibir información de ambientetomar decisiones de señalización localmente y funcionar de forma semiautónoma sin el cuerpo celular.

Los conos de crecimiento contienen gran parte de la maquinaria molecular de una célula independiente, incluidas las proteínas involucradas en el crecimiento, el metabolismo, la señalización y más. En otras palabras, aquí hay otro ejemplo de cómo nuestros cuerpos funcionan con una red enredada. Toma de decisiones y la existencia de unidades semi-independientes alejadas del núcleo celular.

Según Douglas Fields, escrito en Científico americano, “Las neuronas son células elegantes, las especialistas en información del cerebro. Pero caballos de batalla? Esto es glía». Los astrocitos, que son las células gliales más grandes, se han considerado durante mucho tiempo «ADN basura», jugadores secundarios en el cerebro. Ya no.

Los astrocitos humanos son más complejos que los de otros animales, lo que sugiere que su papel en el procesamiento neuronal se ha ampliado con la evolución. Debido a su tamaño, los astrocitos abarcan miles de neuronas y millones de sinapsis y parecen contribuir a otro nivel de funcionamiento de la red neuronal.

La médula espinal, que forma parte del sistema nervioso central, al igual que el cerebro, consta de neuronas y células gliales de apoyo. Investigadores de la Universidad de Montreal demostraron recientemente que la médula espinal puede aprender habilidades motoras independientemente del cerebro. Por supuesto, esta investigación también demuestra de manera bastante convincente que las neuronas fuera del cerebro almacenan recuerdos.

Reanudar

La creencia generalizada de que la memoria se almacena en las sinapsis necesita una actualización. Los estudios presentados aquí demuestran que las sinapsis proporcionan «puntos de acceso» a las neuronas. La información llega a través de las sinapsis a las neuronas. Cuanta más información de cierto tipo ingrese a un conjunto de neuronas, más fuertes crecerán sus sinapsis y más memoria se almacenará en estos conjuntos funcionales de neuronas y células gliales.