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¿Cada neurona guarda un recuerdo?

Probablemente todos hayamos oído hablar del famoso "perro de Pavlov". Con ese experimento, el fisiólogo ruso Iván Pavlov enseñaba el condicionamiento clásico, un tipo de aprendizaje mediante el cual el animal aprende a asociar un estímulo, en principio neutro, con otro que tiene cierto valor para él, si ambos estímulos se presentan cerca en el tiempo durante su entrenamiento. Por simple asociación el animal aprende a responder al estímulo neutro, por más que no se le presente el estímulo que tenía valor. [02.09.2015]

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¿Cada neurona guarda un recuerdo?

Neurona en un cultivo de tejido. Imagen: GerryShaw | Vía Wikimedia Commons | CC-BY-SA.

Por Franco Mir 
Doctor en Ciencias Biológicas de la UNC
Miembro del grupo "Jóvenes Investigadores en Neurociencias"

Desde aquellos experimentos hasta nuestros días corrió mucha agua bajo del puente. Al punto de que el cine de ciencia ficción se ha interesado en los mecanismos de formación de nuevos recuerdos. Un ejemplo es la película El Origen (Inception, en inglés) donde el protagonista, interpretado por Leonardo Di Caprio, es un hábil ladrón de ideas y las sustrae de las mentes de las personas a través de una "máquina de los sueños". El dilema se le presenta cuando le piden que, en vez de robar ideas, implante una nueva en la cabeza de un importante empresario de la construcción, lo que supone un verdadero desafío para este ladrón mental.

Gracias a las neurociencias, hoy sabemos que los procesos mentales como los planes, ideas y recuerdos son el resultado del procesamiento de la información, de los patrones de actividad eléctrica que llevan a cabo diversas redes neuronales en nuestro cerebro.

Entonces, ¿cómo es posible generar una nueva asociación/recuerdo en el cerebro de una persona? Recientemente Matías Ison y Rodrigo Quian Quiroga, dos científicos argentinos residentes en Inglaterra, en colaboración con Itzhak Fried, de la Universidad de California en Estados Unidos, descubrieron un mecanismo de plasticidad neuronal a nivel de neuronas individuales que podría explicar las bases de la formación de nuevas asociaciones [Rapid encoding of new memories by individual neurons in the human brain]. Lo más fascinante de todo es que registraron la actividad eléctrica de las neuronas de personas al mismo tiempo que aprendían estas nuevas asociaciones en vivo y en directo.

Los experimentos que realizaron parecen sacados de una película de ciencia ficción, tanto que la propia película "El Origen" queda hecha un poroto. No obstante, vamos a explicar qué y cómo lo hicieron.

Desde hace algunos años, Matías y Rodrigo estudian la memoria de una manera muy particular. Sus sujetos experimentales no son ratas de laboratorio ni perros salivadores, sino pacientes neurológicos del Hospital de la Universidad de California. ¡Sí, personas vivas! Se trata de pacientes diagnosticados con epilepsia resistente al tratamiento con medicamentos, por lo que deben ser sometidos a una neurocirugía para extirpar el “foco eplileptogénico”, es decir, sacar la porción del cerebro que está generando la epilepsia.

Para hacerlo, los médicos deben estar seguros de identificar correctamente esa región, por lo que antes de las intervenciones les implantan electrodos intracerebrales de registro. Estos electrodos son finísimas estructuras que toman contacto con una o unas cuantas neuronas en particular, lo que les permite circunscribir muy bien el área que deben extirpar.

En una gran mayoría de los casos, el foco se encuentra en el lóbulo temporal medial, un área del cerebro que contiene varias estructuras relacionadas con la memoria. Pero antes de retirarles los electrodos y la parte de cerebro que se ha vuelto hiperactiva, aparecen nuestros compatriotas científicos y les ofrecen a los pacientes participar de un experimento que, comparado con lo que han vivido, parece un juego de niños.

Para simplificar, el experimento que desarrollan Matías y Rodrigo tiene tres etapas.

La primera corresponde al screening o búsqueda inicial. Mientras los pacientes están en su habitación esperando a que el neurocirujano les diga cuándo los operarán, los científicos les muestran en una notebook más de cien fotografías con imágenes de personas famosas o familiares, de animales y de paisajes conocidos. Simultáneamente registran la actividad eléctrica de un gran número de neuronas. Algunas aumentan su actividad en respuesta a una imagen en particular, mientras que no responden en lo absoluto a otras fotos. Así, logran establecer cuál de todas esas neuronas "responde" a la imagen de determinada persona.

Luego viene una segunda etapa, de aprendizaje o de asociación. Los científicos corren a su laboratorio y realizan fotomontajes donde colocan a esa persona en algún paisaje en particular. Tienen en cuenta que el paisaje elegido no haya provocado respuesta de la neurona en cuestión durante la primera etapa. Luego vuelven a presentarle al individuo las fotografías, incluidos los fotomontajes, y más tarde evalúan si aprendió a asociar a la persona con el paisaje y viceversa. Es decir, analizan si los pacientes logran unir la persona con el paisaje.

En la tercera etapa vuelven a presentarle sólo las fotografías originales, mientras registran la actividad neuronal para ver si la neurona que respondía a la cara de tal persona ahora también responde al paisaje.

Encontraron que en algunos casos una sola exposición al fotomontaje fue suficiente para que el individuo aprendiera esa asociación y que la neurona que originalmente respondía al rostro de determinada persona ahora responda también al paisaje, otorgando evidencia experimental de la ocurrencia de dicha asociación a nivel neuronal. Algo que Pavlov probablemente no hubiera creído posible lograr con sus perros.

Lo más importante de este hallazgo es que se plantea un mecanismo neuronal mediante el cual se puede explicar la formación de nuevas asociaciones contextuales, es decir nuevas memorias basadas en el aprendizaje. Por primera vez se demuestra que neuronas humanas individuales son capaces no sólo de responder a conceptos, sino también de asociarlos.

Los cambios en la actividad eléctrica de las neuronas en respuesta a las imágenes suceden en el momento exacto del aprendizaje y a una velocidad compatible con la formación de memorias episódicas, es decir la habilidad de recordar de manera consciente eventos y situaciones vividas.

El lóbulo temporal medial, esa porción de nuestro cerebro que está ubicada detrás de nuestras sienes, posee estructuras como el hipocampo, la corteza entorrinal, la corteza parahipocampal y la amígdala fuertemente implicadas en la memoria de hechos, eventos y circunstancias.

Si bien Di Caprio contaba con la "máquina de los sueños", quizás hubiese sido más fácil "meterle" la nueva idea en la cabeza al magnate de la ingeniería si hubiera charlado un rato con Matías y Rodrigo.

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