La organización de la memoria / Revista Elementos BUAP

El estudio de los procesos de memoria desde una perspectiva neurofisiológica inició con experimentos que buscaban determinar dónde estaban localizados los recuerdos en el cerebro. De esta manera, Richard Semon acuñó el concepto de “engrama de la memoria” para postular que los recuerdos estaban almacenados en un lugar específico del cerebro.

     Años después, Karl Lashley, realizando experimentos en animales, en los cuales destruyó varios núcleos cerebrales después de que los sujetos habían aprendido una tarea, demostró que los procesos de memoria no estaban en una sola parte del cerebro. De forma casi paralela Donald Hebb propuso el concepto de “ensamble neuronal”, que postulaba que la activación repetida del mismo grupo de neuronas provocaría que dichas neuronas se conectaran entre ellas. De los trabajos de Donald Hebb surgió el dicho “neuronas que disparan juntas se conectan juntas”.

     Gracias a los trabajos mencionados y al desarrollo de nuevas tecnologías, en los últimos años se ha demostrado que diferentes grupos de neuronas tienen funciones específicas. De esta manera se podría decir que los engramas de la memoria están formados por ensambles neuronales coordinados en el tiempo, por lo que distintas características de los recuerdos están codificadas en la actividad de grupos de neuronas distribuidos en el cerebro (Carrillo-Reid, 2022).

ETAPAS DE FORMACIÓN DE MEMORIAS

La memoria es la capacidad cerebral que permite almacenar conocimientos y experiencias que después pueden ser utilizados en la vida cotidiana. Diversos grupos de investigación han mostrado que los procesos de memoria están formados por tres etapas principales. La primera etapa se conoce como adquisición y es donde se extrae la información relevante de algún evento vivido, es decir, el encuentro por primera vez con alguna experiencia que será recordada. En esta etapa la experiencia memorable activa a un grupo de neuronas que normalmente no tiene actividad coordinada (Figura 1A). La segunda etapa se conoce como consolidación, en ella la reactivación del mismo grupo de neuronas relacionado con el evento relevante genera el recuerdo de lo que sucedió. Esta segunda etapa prosigue durante el sueño, en donde el mismo grupo de neuronas continúa activándose una y otra vez, de tal forma que se establecen relaciones entre dichas neuronas que harán que su reactivación se facilite en el futuro (Figura 1B). La última etapa se conoce como evocación y es donde se trae de vuelta a la memoria aprendida para utilizarla en el presente. En esta etapa, la activación del mismo grupo de neuronas del evento original hace que los recuerdos se hagan presentes (Figura 1C).

     Se ha demostrado experimentalmente que los ensambles neuronales se asocian con la formación de alguna memoria, ya que se activan durante la adquisición, consolidación y evocación de dicha memoria. Sorprendentemente, dichos ensambles neuronales no solo pueden activarse de manera consciente, sino que además pueden activarse inconscientemente dando lugar a recuerdos que ocurren de forma inesperada. Esta constante activación de los ensambles neuronales específicos sugiere que la información se almacena de una manera lo suficientemente estable como para poder recuperarla cuando es necesario.

EL HIPOCAMPO Y LA FORMACIÓN DE MEMORIAS

Uno de los primeros estudios en humanos que demostró que un núcleo cerebral era indispensable para la formación de nuevas memorias se debe al paciente conocido como H. M. (Corkin, 2002). Este paciente sufría de ataques epilépticos, por lo que fue sometido a una cirugía en que le removieron varios núcleos cerebrales incluyendo una gran parte del hipocampo, lo que tuvo como consecuencia que H. M. no pudiera formar memorias nuevas. El estudio de este paciente ayudó a determinar que el hipocampo es una estructura cerebral que juega un papel central en la formación de memorias.

     Experimentos posteriores han mostrado que la asociación de diversos ensambles neuronales del hipocampo y otras estructuras cerebrales promueve procesos de aprendizaje, memoria y de atención. Por otro lado, también se ha demostrado que en el hipocampo existen ensambles neuronales compuestos por “células de lugar” que codifican información espacial a manera de GPS. Aunado a ello, el hipocampo también contiene ensambles neuronales que codifican información contextual, es decir, que crean asociaciones entre el espacio y el tiempo. De esta manera, varios grupos de investigación han propuesto que el hipocampo permite crear asociaciones de un individuo con respecto a su contexto de manera temporal, lo cual se conoce como memoria episódica. En otras palabras, es como si recorriéramos desde dentro un mapa mental de eventos. Además, también se ha propuesto que el hipocampo puede crear asociaciones entre los componentes de algún contexto, lo cual se conoce como memoria semántica. Es decir, ahora, en lugar de encontrarnos dentro del mapa, lo observamos desde fuera de manera que podemos reconocer distintos eventos (Buszaki y Moser, 2013).

     En conclusión, el hipocampo permite navegar a través de memorias que son construidas por la codificación de cada componente de la experiencia, como el tiempo, el espacio, las percepciones y las emociones.

     Todos estos componentes son asociados con el estado interno del cerebro por medio de una sinfonía de ensambles neuronales.

TECNOLOGÍAS PARA EL ESTUDIO DE PROCESOS DE MEMORIA

Ciertos virus son una herramienta usada en la identificación y manipulación de ensambles neuronales en modelos experimentales de roedores. La inyección de un virus puede infectar a las neuronas y usar su propia maquinaria para expresar alguna proteína de interés (Figura 2A). Esta técnica permite identificar y etiquetar tipos de neuronas de acuerdo con su expresión genética o nivel de actividad. Por ejemplo, las neuronas que están participando en la codificación de una memoria expresan genes como c-Fos, que señalan la actividad neuronal (Figura 2B). El etiquetado de las neuronas activas se puede conjuntar con la optogenética, que permite estimular o inhibir, por medio de luz, a las neuronas que estuvieron previamente activas (Figura 2C).

     Por otro lado, también es posible visualizar la actividad de cientos de neuronas utilizando una técnica conocida como imagenología de calcio, en la cual un indicador de calcio genéticamente codificado genera la expresión de la proteína verde fluorescente (GFP por sus siglas en inglés) que, al unirse al calcio intracelular, produce cambios en la intensidad de fluorescencia. El aumento de calcio intracelular está relacionado con la actividad neuronal, por lo que las neuronas que cambian su intensidad de fluorescencia pueden ser identificadas como participantes de un ensamble neuronal (Figura 2D). Estas técnicas se pueden combinar entre ellas para estimular o inhibir grupos de neuronas de manera específica, y estudiar su papel en eventos relacionados con procesos de memoria.

ALTERACIONES EN PROCESOS DE MEMORIA

La enfermedad de Alzheimer ocupa el primer lugar entre las enfermedades neurodegenerativas asociadas con el envejecimiento. El número de personas afectadas por esta enfermedad en México continúa en aumento debido al incremento en la esperanza de vida (Instituto Nacional de Salud Pública, 2020). La enfermedad de Alzheimer se caracteriza por la pérdida progresiva e irreversible de la memoria, fallas en el lenguaje y en la orientación espacial, lo cual se ha atribuido a la acumulación de la proteína beta-amiloide en el cerebro. En modelos animales para estudiar la enfermedad de Alzheimer, se han observado alteraciones en procesos de memoria ocasionadas por patrones aberrantes de actividad en ensambles neuronales del hipocampo. La manipulación optogenética de los ensambles neuronales que participan en la codificación de información ha logrado que se produzca la recuperación de las memorias que se consideraban perdidas (Roy et al., 2016).

     Otra de las alteraciones en procesos de memoria es producto de las adicciones, las cuales generan memorias persistentes. Por ejemplo, el uso de sustancias adictivas está fuertemente asociado con los contextos en donde sucede el consumo. Diversos experimentos en animales han demostrado que puede generarse actividad en conjuntos neuronales hipocampales que asocian el consumo de una droga con el contexto en donde sucede. Esta asociación no permite que la memoria persistente desaparezca incluso después de que el consumo de la droga ha cesado, lo cual provoca que durante una reexposición al contexto exista una recaída en el consumo.

     De forma similar, se ha observado que el trastorno por estrés postraumático causa alteraciones en el hipocampo. Este trastorno genera una memoria persistente, donde hay generalización de contextos, lo cual provoca que cualquier situación sea clasificada como peligrosa, generando un estrés constante.

CONCLUSIONES

Las memorias están formadas por la codificación de distintos componentes de alguna experiencia en ensambles neuronales orquestados que se encuentran en diversas estructuras cerebrales. La reactivación de dichos conjuntos de neuronas produce el recuerdo de la experiencia original para usarla como marco de referencia en tareas cotidianas. De esta manera, el engrama de alguna memoria particular está compuesto por varios ensambles neuronales que interactúan en el tiempo para reconstruir eventos importantes. En otras palabras, un ensamble neuronal no representa una memoria, sino una parte ella, y puede ser utilizado para localizar y recuperar una memoria completa, como cuando un olor nos transporta en el tiempo a situaciones vividas en el pasado.

     A pesar de que existen varias estructuras cerebrales que participan en la formación de memorias nuevas, el hipocampo juega un papel fundamental para que una experiencia se almacene en el cerebro. El entendimiento de las reglas de organización de los ensambles neuronales del hipocampo podría ayudar en el tratamiento de desórdenes relacionados con alteraciones de la memoria como la enfermedad de Alzheimer, las adicciones o el estrés postraumático. A pesar de que, a la fecha, las tecnologías mencionadas para estudiar los procesos de memoria solo pueden aplicarse en modelos animales, los resultados generados por dichas investigaciones podrían servir para desarrollar protocolos clínicos en el futuro.

REFERENCIAS

Buzsáki G and Moser EI (2013). Memory, navigation and theta rhythm in the hippocampal-entorhinal system. Nature Neuroscience 16:130-138.

Carrillo-Reid L (2022). Neuronal ensembles in memory processes. Semin Cell Dev Biol 125:136-143.

Corkin S (2002). What’s new with the amnesic patient H.M.? Nat Rev Neurosci 3(2):153-160.

Instituto Nacional de Salud Pública (2020). Hablemos de demencia. Recuperado de: https://www.insp.mx/avisos/hablemos-de-demencia.

Roy DS, Arons A, Mitchell TI, Pignatelli M, Ryan TJ and Tonegawa S (2016). Memory retrieval by activating engram cells in mouse models of early Alzheimer’s disease. Nature 531:508-12.