Ayudar a tu madre a hacer tortitas cuando tenías tres años, montar en bici sin ruedines, el primer beso... ¿Cómo conservamos recuerdos vívidos de acontecimientos de hace mucho tiempo? "La capacidad de aprender nueva información y almacenarla durante largos períodos es una de las características más notables del cerebro", señala Robert H. Singer, coautor del artículo en el que investigadores de la Facultad de Medicina Albert Einstein han explicado cómo se forman los recuerdos de larga duración en el cerebro y cómo se mantienen los recuerdos temporales.
Los resultados de la investigación han sido publicados en la revista científica Neuron. Según Singer, profesor de biología celular y en el Departamento de Neurociencia Dominick P. Purpura, presidente emérito de anatomía y biología estructural y director del Programa de Biología del ARN en Einstein, "hemos hecho un descubrimiento asombroso en ratones sobre la base molecular de la creación de esos recuerdos a largo plazo".
Ya se conocían algunos aspectos de las bases celulares de la memoria. Son fabricadas por neuronas (células nerviosas) y almacenadas en una región del cerebro llamada hipocampo. Se forman cuando la estimulación neuronal repetida refuerza las sinapsis, es decir, las conexiones entre las células nerviosas.
Se necesitan proteínas para estabilizar las conexiones sinápticas de larga duración necesarias para los recuerdos a largo plazo. Los planos de esas proteínas son moléculas de ARN mensajero (ARNm) que, a su vez, se transcriben (copian) a partir de genes asociados a la memoria. "Lo paradójico es que se tarda mucho tiempo (varias horas) en formar una memoria duradera y, sin embargo, los ARNm y las proteínas asociadas a la fabricación de proteínas desaparecen en menos de una hora. ¿Cómo es posible?", ha explicado Sulagna Das, doctora, primera autora y coautora del artículo.
Para responder a esa pregunta, el equipo de investigación desarrolló un modelo de ratón en el que marcaron con fluorescencia todas las moléculas de ARNm que fluyen desde Arc, un gen de importancia crítica para convertir nuestras actividades y otras experiencias en recuerdos a largo plazo.
Los investigadores estimularon sinapsis en neuronas del hipocampo del ratón y luego, utilizando técnicas de imagen de alta resolución desarrolladas por ellos, observaron los resultados en células nerviosas individuales en tiempo real. Para su asombro, observaron que un único estímulo en la neurona desencadenaba numerosos ciclos en los que el gen Arc, que codifica la memoria, producía moléculas de ARNm que luego se traducían en proteínas Arc que reforzaban las sinapsis.
"Vimos que algunas de las moléculas de proteína producidas por ese estímulo sináptico inicial volvían a Arc y lo reactivaban, iniciando otro ciclo de formación de ARNm y producción de proteínas, seguido de varios más", ha detallado Singer.
"Con cada ciclo, veíamos que se acumulaba más y más proteína para formar puntos calientes en la sinapsis, que es donde se cementan los recuerdos. Habíamos descubierto un bucle de retroalimentación desconocido hasta entonces que explicaba cómo los ARNm y las proteínas de vida corta pueden crear recuerdos de vida larga", ha añadido Das.
Pensemos en lo que supone memorizar un poema, sugiere. Singer: "Para crear una memoria duradera es necesario leer el poema repetidamente y cada lectura puede considerarse como un estímulo intermitente que añade proteínas creadoras de memoria a la sinapsis".
Das señala que la expresión defectuosa del gen Arc ha estado implicada en dificultades de memoria en humanos y está vinculada a trastornos neurológicos como el trastorno del espectro autista y la enfermedad de Alzheimer. "Lo que aprendamos sobre la respuesta de Arc a la estimulación de las células nerviosas puede ayudarnos a comprender mejor las causas de estos problemas de salud", ha apuntado.
¿Cómo se mantienen los recuerdos temporales?
En cuanto a los recuerdos temporales, una nueva investigación del Instituto Del Monte de Neurociencia de la Universidad de Rochester (Estados Unidos) ha demostrado que la actividad cerebral rítmica es clave para mantener temporalmente información importante en la memoria. Según sus hallazgos, publicados en la revista científica Current Biology, los ritmos cerebrales (o patrones de actividad neuronal) organizan las ráfagas de actividad en el cerebro que mantienen las conexiones a corto plazo.
"Hasta ahora se pensaba que el almacenamiento temporal de información importante estaba vinculado a neuronas cerebrales que simplemente se disparaban y retenían esa información hasta que ya no era necesaria. Investigaciones recientes han demostrado que tal vez no sea esa actividad cerebral persistente lo que más importa para el almacenamiento temporal de la información, sino más bien un fortalecimiento a corto plazo de las conexiones entre las neuronas que están representando la información. Nuestra investigación demuestra que los ritmos cerebrales organizan estas ráfagas transitorias a lo largo del tiempo. La coordinación rítmica de la actividad cerebral a lo largo del tiempo es importante porque permite que poblaciones superpuestas de neuronas almacenen distintas piezas de información al mismo tiempo", ha apuntado Ian Fiebelkorn, autor principal del estudio.
Las investigaciones anteriores de Fiebelkorn sobre el modo en que el cerebro procesa la información externa hicieron un descubrimiento similar. Fiebelkorn y otros investigadores descubrieron que los ritmos cerebrales ayudan a coordinar distintas funciones relacionadas con el muestreo de información importante o el cambio a otra fuente de información. En este contexto, los ritmos cerebrales ayudan a equilibrar la concentración en la tarea con la preparación para lo inesperado.
En esta nueva investigación, los investigadores se centraron en el muestreo de información representada internamente (o recordada). Utilizando EEG, los participantes observaron imágenes con líneas verticales u horizontales y se les pidió que recordaran tanto la dirección de la línea como la ubicación de la imagen. Los investigadores descubrieron que la fuerza de las representaciones internas de estas diferentes imágenes alternaba con el tiempo, en una escala temporal de sub-segundos, con fluctuaciones rítmicas en la actividad cerebral. Esta coordinación de la actividad cerebral a lo largo del tiempo permite que las funciones de algunas neuronas se solapen sin entrar en conflicto.
"Estos procesos cerebrales rítmicos también podrían explicar cómo podemos mantenernos concentrados mientras realizamos varias tareas a la vez, como cuando intentamos recordar una dirección mientras conducimos un coche. En lugar de concentrarnos simultáneamente en estas tareas, podríamos estar alternando entre ellas en una escala de tiempo de sub-segundos", detalla Fiebelkorn.
El siguiente paso del laboratorio de Fiebelkorn es determinar cómo el cerebro realiza varias tareas a la vez: "¿Qué ocurre cuando el cerebro tiene que hacer muestreos externos e internos al mismo tiempo, veremos el mismo tipo de coordinación temporal rítmica? Eso es lo que tratamos de entender a continuación. Cuanto más sepamos sobre el funcionamiento típico de estos procesos, más entenderemos cómo se estropean en los trastornos neurológicos".
