La memoria episódica recapitula la estructura secuencial de eventos que se desarrollaron en el tiempo y el espacio, permitiéndole al cerebro la poderosa capacidad de recordar y conectar eventos separados en el tiempo.

Por ejemplo, una mujer caminando por la calle escucha un golpe; instantes después descubre que su novio, que caminaba delante de ella, recibió un disparo. Un mes después, la mujer se presenta en la sala de emergencias informando que los ruidos que hacen los camiones de basura le provocaban ataques de pánico. Su cerebro había formado una conexión profunda y duradera entre los sonidos fuertes y la vista devastadora que presenció.

Actividad persistente

Estudio previos han mostrado que la red del hipocampo es crítica para unir las representaciones de eventos discontínuos. Sin embargo, la manera en que se forma esta asociación temporal en el curso del aprendizaje episódico sigue sin estar clara.

No obstante, los resultados de un reciente estudio en ratones realizado por neurocientíficos del Instituto Mortimer B. Zuckerman de la Universidad de Columbia en Nueva York, aportan nueva y valiosa información sobre cómo el cerebro puede formar enlaces tan duraderos.

Los científicos descubrieron un mecanismo sorprendente por el cual el hipocampo construye puentes a través del tiempo disparando estallidos de actividad que parecen aleatorios, pero que en realidad forman un patrón complejo que, con el tiempo, ayudan al cerebro a aprender asociaciones.

Los investigadores descubrieron un patrón en la aleatoriedad: un estilo de computación mental que parece ser una manera notablemente eficiente de que las neuronas almacenan información.

Al revelar la circuitería subyacente detrás del aprendizaje asociativo, los hallazgos sientan las bases para una mejor comprensión de la ansiedad y los trastornos relacionados con el trauma y el estrés, como los trastornos de pánico y estrés postraumático, en los que un evento aparentemente neutral puede provocar una respuesta negativa.

El hipocampo, una pequeña región en forma de caballito de mar enterrada profundamente en el cerebro, es una sede importante para el aprendizaje y la memoria. Experimentos previos en ratones han mostrado que la interrupción del hipocampo deja a los animales con problemas para aprender a asociar dos eventos separados por decenas de segundos.

Hasta ahora, la opinión predominante ha sido que las células en el hipocampo mantienen un nivel de actividad persistente para asociar tales eventos.

Aparentemente aleatoria

Para probar esta visión tradicional, los investigadores tomaron imágenes de partes del hipocampo de ratones mientras los animales estaban expuestos a dos estímulos diferentes: un sonido neutro seguido de una pequeña pero desagradable bocanada de aire, dos eventos que estuvieron separados por quince segundos.

Los investigadores repitieron este experimento en varios ensayos, y con el tiempo, los ratones aprendieron a asociar el tono con la próxima bocanada de aire. Utilizando microscopía avanzada, el equipo registró la actividad de miles de neuronas en el hipocampo de los animales simultáneamente durante el transcurso de cada prueba.

Valiéndose de potentes herramientas computacionales, los investigadores esperaban observar actividad neural continua y repetitiva que persistiera durante el intervalo de quince segundos, indicación de la actividad persistente del hipocampo en el trabajo de vinculación entre el tono auditivo y la bocanada de aire, pero el análisis de los datos no reveló tal actividad.

En lugar de comunicarse constantemente entre sí, las neuronas ahorran energía, tal vez al codificando información en las sinapsis (conexiones entre las neuronas).

En cambio, la actividad neuronal registrada durante los quince segundos fue escasa. Solo una pequeña cantidad de neuronas se activó, y aparentemente de forma aleatoria. Esta actividad esporádica se veía claramente diferente a la actividad continua que el cerebro muestra cuando realiza otras tareas de aprendizaje y memoria, como memorizar un número de teléfono.

Para comprender esta actividad, el equipo cambió la forma en que analizaban los datos y usaron herramientas diseñadas para dar sentido a procesos aleatorios. Finalmente, los investigadores descubrieron un patrón en la aleatoriedad: un estilo de computación mental que parece ser una manera notablemente eficiente de que las neuronas almacenan información.

En lugar de comunicarse constantemente entre sí, las neuronas ahorran energía, tal vez al codificar información en las sinapsis (conexiones entre las neuronas), en lugar de a través de la actividad eléctrica de las neuronas.

Estos hallazgos, explican los autores, además de ayudar a mapear los circuitos involucrados en el aprendizaje asociativo, proporcionan un punto de partida para explorar más profundamente los trastornos que involucran disfunciones en la memoria asociativa, como el pánico y el trastorno de estrés postraumático.

Referencia: Hippocampal Network Reorganization Underlies the Formation of a Temporal Association Memory. Neuron, 2020. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2020.04.013