Los investigadores identifican un grupo de células que ayudan a coordinar las funciones de concentración y almacenamiento en el cerebro para la retención de información a corto plazo.
Investigadores de Cedars-Sinai han descubierto cómo las células cerebrales responsables de la memoria de trabajo, necesaria para recordar un número de teléfono el tiempo suficiente para marcarlo, coordinan la concentración intencionada y el almacenamiento de información a corto plazo.
El estudio que detalla este descubrimiento se ha publicado en la revista Nature.
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“Por primera vez hemos identificado un grupo de neuronas, influidas por dos tipos de ondas cerebrales, que coordinan el control cognitivo y el almacenamiento de información sensorial en la memoria de trabajo”, afirma el doctor Jonathan Daume, becario postdoctoral del Laboratorio Rutishauser de Cedars-Sinai y el autor principal del estudio. “Estas neuronas no contienen ni almacenan información, pero son cruciales para el almacenamiento de recuerdos a corto plazo”.
La memoria de trabajo, que requiere que el cerebro almacene información durante solo unos segundos, es frágil y requiere una concentración continua para mantenerse, dijo el Dr. Ueli Rutishauser, PhD, director del Centro de Ciencia Neural y Medicina en Cedars-Sinai y autor principal del estudio. Puede verse afectado por distintas enfermedades y afecciones.
“En trastornos como la enfermedad de Alzheimer o el trastorno por déficit de atención con hiperactividad, a menudo el problema no es el almacenamiento de la memoria, sino la capacidad de concentrarse en un recuerdo y retenerlo una vez formado”, afirma Rutishauser, que es profesor de Neurocirugía, Neurología y Ciencias Biomédicas en Cedars-Sinai. “Creemos que comprender el aspecto de control de la memoria de trabajo será fundamental para desarrollar nuevos tratamientos para estas y otras afecciones neurológicas”.
Para explorar el funcionamiento de la memoria de trabajo, los investigadores registraron la actividad cerebral de 36 pacientes hospitalizados a los que se habían implantado quirúrgicamente electrodos en el cerebro como parte de un procedimiento para diagnosticar la epilepsia. El equipo registró la actividad de células cerebrales individuales y ondas cerebrales mientras los pacientes realizaban una tarea que requería el uso de la memoria de trabajo.
En la pantalla de un ordenador se mostraba a los pacientes una sola foto o una serie de tres fotos de personas, animales, objetos o paisajes. A continuación, la pantalla se quedaba en blanco durante algo menos de tres segundos, lo que obligaba a los pacientes a recordar las fotos que acababan de ver. A continuación, se les mostraba otra foto y se les pedía que decidieran si era la que habían visto antes (o una de las tres).
Cuando los pacientes que realizaban la tarea de memoria de trabajo eran capaces de responder con rapidez y precisión, los investigadores observaron el disparo de dos grupos de neuronas: neuronas “categoriales”, que se disparan en respuesta a una de las categorías mostradas en las fotos, como los animales, y neuronas de “acoplamiento fase-amplitud”, o PAC por sus siglas en inglés (phase-amplitude coupling).
Las neuronas PAC, identificadas recientemente en este estudio, no almacenan ningún contenido, sino que utilizan un proceso denominado acoplamiento de fase-amplitud para garantizar que las neuronas de categoría se centran y almacenan el contenido que han adquirido. Las neuronas PAC se disparan al mismo tiempo que las ondas theta del cerebro, asociadas a la concentración y el control, y las ondas gamma, vinculadas al procesamiento de la información. Esto les permite coordinar su actividad con las neuronas de categoría, que también se activan al ritmo de las ondas gamma del cerebro, lo que mejora la capacidad de los pacientes para recordar información almacenada en la memoria de trabajo.
“Imaginemos que cuando el paciente ve la foto de un perro, sus neuronas de categoría empiezan a disparar ‘perro, perro, perro’, mientras que las neuronas PAC disparan ‘concentrarse/recordar'”, explica Rutishauser. “Mediante el acoplamiento de fase-amplitud, los dos grupos de neuronas crean una armonía superponiendo sus mensajes, lo que da como resultado ‘recordar perro’. Es una situación en la que el todo es mayor que la suma de sus partes, como oír tocar juntos a los músicos de una orquesta. El director, al igual que las neuronas PAC, coordina a los distintos músicos para que actúen en armonía”.
Las neuronas PAC realizan este trabajo en el hipocampo, una parte del cerebro que desde hace tiempo se sabe que es importante para la memoria a largo plazo. Este estudio ofrece la primera confirmación de que el hipocampo también desempeña un papel en el control de la memoria de trabajo, dijo Rutishauser.
Este estudio se realizó en el marco de un consorcio multiinstitucional financiado por la Iniciativa BRAIN (Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies Initiative) de los Institutos Nacionales de la Salud y dirigido por Cedars-Sinai. Los datos de este estudio se reúnen en Cedars-Sinai, la Universidad de Toronto y la Facultad de Medicina Johns Hopkins, lo que da lugar a un estudio estadísticamente potente que una sola institución no podría acumular por sí sola, dada la dificultad de estos experimentos.
“Uno de los objetivos de la Iniciativa BRAIN es descubrir -mediante el uso de tecnologías innovadoras, propiedades del cerebro humano que hasta ahora han sido difíciles, si no imposibles, de estudiar”, declaró el Dr. John Ngai, PhD, director de la Iniciativa BRAIN de los NIH (Institutos Nacionales de Salud). “En este caso, aprovechando oportunidades inusuales apoyadas por la iniciativa para iluminar procesos complejos en humanos, el laboratorio Rutishauser está arrojando luz sobre la forma en que ciertas neuronas apoyan cómo se almacenan los recuerdos en el cerebro, un proceso que está lejos de entenderse en trastornos cerebrales devastadores como la enfermedad de Alzheimer y otras demencias.”
Otros autores de Cedars-Sinai que han participado en este estudio son Jan Kaminski, Umais Khan, Michael Kyzar, Chrystal Reed y Adam Mamelak. También participaron en el estudio Andrea Schjetnan y Taufik Valiante, de la Universidad de Toronto, y Yousef Salimpour y William Anderson, de la Facultad de Medicina Johns Hopkins.
Financiamiento: Este trabajo ha sido financiado por una beca postdoctoral Leopoldina de la Academia Nacional Alemana de Ciencias, una beca postdoctoral del Centro Cedars-Sinai de Ciencia y Medicina Neuronal, las becas U01NS103792 y U01NS117839 de la iniciativa BRAIN del Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares, y la beca BCS-2219800 de la Fundación Nacional de Ciencias.
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