Neurociencia

Los científicos monitorean cerebros reproduciendo recuerdos en tiempo real | Vídeo.

En un estudio de pacientes con epilepsia, los investigadores de los Institutos Nacionales de Salud monitorearon la actividad eléctrica de miles de células cerebrales individuales, llamadas neuronas, mientras los pacientes realizaban pruebas de memoria. 

Descubrieron que los patrones de disparo de las células que ocurrían cuando los pacientes aprendían un par de palabras se reproducían en fracciones de segundo antes de recordar con éxito el par. 

El estudio fue parte de un ensayo del NIH Clinical Center para pacientes con epilepsia farmacorresistente cuyas convulsiones no pueden controlarse con medicamentos.

«La memoria juega un papel crucial en nuestras vidas. Así como las notas musicales se graban como ritmos en un disco, parece que nuestros cerebros almacenan recuerdos en patrones de activación neuronal que pueden reproducirse una y otra vez», dijo Kareem Zaghloul, autor principal del estudio publicado en Science.

El equipo del Dr. Zaghloul ha estado registrando las corrientes eléctricas de pacientes con epilepsia resistentes a los medicamentos que viven temporalmente con electrodos implantados quirúrgicamente diseñados para monitorear la actividad cerebral con la esperanza de identificar la fuente de las convulsiones de un paciente. 

Este período también brinda la oportunidad de estudiar la actividad neuronal durante la memoria. En este estudio, su equipo examinó la actividad utilizada para almacenar recuerdos de nuestras experiencias pasadas, que los científicos llaman recuerdos episódicos.

En 1957, el caso de un paciente con epilepsia HM proporcionó un gran avance en la investigación de la memoria. HM no pudo recordar nuevas experiencias después de que parte de su cerebro fue extirpado quirúrgicamente para detener sus ataques. 

Desde entonces, la investigación ha señalado la idea de que los recuerdos episódicos se almacenan o codifican como patrones de actividad neuronal que nuestros cerebros reproducen cuando son activados por cosas como el olor de un aroma familiar o el riff de una melodía pegadiza. Pero exactamente cómo sucede esto era desconocido.

En las últimas dos décadas, los estudios con roedores han sugerido que el cerebro puede almacenar recuerdos en secuencias de disparo neuronales únicas. Después de unirse al laboratorio del Dr. Zaghloul, Alex P. Vaz, BS, MD, Ph.D. estudiante de la Universidad de Duke, Durham, Carolina del Norte, y el líder de este estudio decidieron probar esta idea en humanos.

«Pensamos que si analizáramos cuidadosamente los datos que habíamos estado recolectando de los pacientes, podríamos encontrar un vínculo entre la memoria y los patrones de activación neuronal en humanos que sea similar al que se observa en los roedores», dijo Vaz, un bioingeniero que se especializa en descifrar el significado de las señales eléctricas generadas por el cuerpo.

Para hacer esto, analizaron los patrones de activación de neuronas individuales ubicadas en el lóbulo temporal anterior, un centro de lenguaje cerebral. Las corrientes se registraron cuando los pacientes se sentaron frente a una pantalla y se les pidió que aprendieran pares de palabras como «pastel» y «zorro». 

Los investigadores descubrieron que los patrones únicos de activación de las neuronas individuales se asociaban con el aprendizaje de cada nuevo patrón de palabras. 

Más tarde, cuando a un paciente se le mostró una de las palabras, como «pastel», se repitió un patrón de disparo muy similar solo milisegundos antes de que el paciente recordara correctamente la palabra combinada «zorro».

«Estos resultados sugieren que nuestros cerebros pueden usar distintas secuencias de actividad neuronal para almacenar recuerdos y luego reproducirlos cuando recordamos una experiencia pasada», dijo el Dr. Zaghloul.

El año pasado, su equipo demostró que las ondas eléctricas, llamadas ondas, pueden surgir en el cerebro solo una fracción de segundo antes de que recordemos algo correctamente. 

En este estudio, el equipo descubrió un vínculo entre las ondas registradas en el lóbulo temporal anterior y los patrones de picos observados durante el aprendizaje y la memoria. 

También mostraron que las ondas registradas en otra área llamada lóbulo temporal medial precedieron ligeramente la reproducción de los patrones de disparo observados en el lóbulo temporal anterior durante el aprendizaje.

«Nuestros resultados respaldan la idea de que los recuerdos implican una reproducción coordinada de los patrones de activación neuronal en todo el cerebro», dijo el Dr. Zaghloul. 

«Estudiar cómo formamos y recuperamos los recuerdos puede no solo ayudarnos a comprendernos a nosotros mismos, sino también cómo los circuitos neuronales se descomponen en los trastornos de la memoria».

Mayor información: Alex P. Vaz, John H. Wittig Jr, Sara K. Inati, et al. «Replay of cortical spiking sequences during human memory retrieval». Science, Published: 06 March 2020.

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