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Cómo se crean los recuerdos humanos

¿Qué es un recuerdo? En 1904, el biólogo alemán Richard Semon concibió la idea de un rastro de memoria mantenido por la conexión de un grupo discreto de células cerebrales. Llamó a ese circuito físico imaginario “engrama”. Los engramas pasaron a tener una vida robusta en la ciencia ficción y la cienciología.

Pero en cuanto a probar su existencia en el cerebro, eso tuvo que esperar al desarrollo de pinzas activadas por la luz para diseccionar los circuitos finos. Empleando estas pinzas llamadas “optogenéticas” en 2012, el laboratorio de Susumu Tonegawa en el MIT demostró por primera vez que un engrama era real.

Ahora, en un artículo publicado en Science el pasado mes de abril, el mismo grupo ha revelado los detalles de cómo los engramas se crean en una parte del cerebro, el hipocampo, y luego se cargan para su almacenamiento en la corteza, la capa más externa.

Descubrir estos detalles del almacenamiento de la memoria abre la puerta a encontrar nuevas formas de retocarla cuando falla o se vuelve hiperactiva.

La primera evidencia experimental de cómo se forman y almacenan los recuerdos humanos se remonta apenas a 1953.

“En principio, este estudio muestra cómo podríamos tratar estas células que se vuelven hiperactivas en el TEPT”, dice Pankaj Sah, director del Instituto del Cerebro de Queensland. “En cierto modo, es una sorpresa descubrir que estos recuerdos tan completos pueden ser tan discretos”.

La primera evidencia experimental de cómo se forman y almacenan los recuerdos humanos se remonta justo a 1953. Fue entonces cuando al estadounidense Henry Molaison, de 27 años, le extirparon el hipocampo como medio para curar sus convulsiones. Para horror de sus cirujanos, la operación también destruyó su capacidad de crear nuevos recuerdos. Sin embargo, sus viejos recuerdos estaban bien.

El experimento involuntario reveló que el hipocampo es necesario para tejer nuevos recuerdos, especialmente los recuerdos “episódicos” ricos en contexto que se crean cada día, como lo que ha visto esta mañana cuando paseaba a su perro por el parque.

Sin embargo, estos recuerdos detallados no se almacenan en el hipocampo. Con el tiempo se transfieren a la capa exterior del cerebro, el córtex. Lo sabemos por los pacientes que, cuando estas partes de su cerebro han sido estimuladas eléctricamente, rememoran determinados recuerdos. {%recomendado 4923%}

La carga de estos recuerdos generalmente implica la compresión de la información, algo así como la forma en que comprimimos los archivos del ordenador para su almacenamiento a largo plazo. También se cree que tiene lugar a lo largo de varios días.

Esta imagen de grano grueso era en gran medida cómo estaban las cosas hasta hace cinco años. Fue entonces cuando el laboratorio de Tonegawa, una colaboración entre el Instituto de Ciencias del Cerebro RIKEN de Japón y el MIT, redujo a la práctica un par de ideas casi míticas utilizando una tecnología de vanguardia conocida como optogenética. Una de las ideas era la del engrama de Semon. Un recuerdo, postuló, dejaría un rastro físico en el cerebro; y éste, al ser estimulado, reproduciría el recuerdo.

Semon propuso esta idea décadas antes de que los investigadores comprendieran que las neuronas enviaban señales a través de impulsos eléctricos. Desde entonces, los investigadores han descifrado gran parte de la señalización eléctrica que pasa entre las neuronas y han demostrado que el aprendizaje y la memoria se corresponden con el fortalecimiento de las conexiones, o sinapsis, entre neuronas individuales.

Sin embargo, nadie había sido capaz de relacionar un conjunto concreto de neuronas del cerebro con un recuerdo concreto. En 1999, Francis Crick, premio Nobel que se dedicó a desentrañar los misterios del cerebro, pensó que, para avanzar, se podrían emplear pulsos de luz para activar neuronas individuales en un animal vivo.

“Esto parece bastante descabellado”, escribió, “pero es concebible que los biólogos moleculares puedan diseñar un tipo particular de célula para que sea sensible a la luz”. Sólo seis años después, los neurocientíficos de Stanford Edward Boyden y Karl Deisseroth, para su propia sorpresa, lo hicieron realidad con su trabajo pionero en optogenética. Cooptaron un interruptor de luz utilizado por las algas verdes: la proteína canalrodopsina.

Cuando la luz azul la golpea, la proteína abre un poro, permitiendo que los iones cargados positivamente fluyan a través de la membrana celular. Este flujo de corriente envía señales a los flagelos del extremo opuesto de la célula del alga para que batan, impulsándola hacia la luz.

Los investigadores descubrieron que podían insertar un único gen de canalrodopsina en neuronas individuales utilizando un virus infeccioso como mensajero. También se aseguraron de que solo las células que habían creado recientemente un recuerdo produjeran el gen del interruptor de luz; las células que crean memoria producen una proteína llamada c-fos, por lo que el gen se diseñó para que solo se produjera en las células que producen c-fos.

En 2012, el grupo de Tonegawa utilizó esta técnica optogenética para demostrar la existencia de un engrama de miedo. Se colocó un ratón en una caja con patrones de pared y texturas de suelo distintivos. Cada vez que se colocaba en esa caja, recibía una descarga eléctrica. Posteriormente, el mero hecho de colocarlo en la caja de descargas era suficiente para que se estremeciera.

Los investigadores también identificaron un grupo de células en el hipocampo que hacían activamente el cambio de luz, la pistola humeante que indicaba que esas células habían participado en la creación de un recuerdo.

Para demostrarlo, los científicos introdujeron una fibra óptica a través del cerebro hasta el hipocampo para dirigirla a estas células. Cuando aplicaron al hipocampo destellos rítmicos de luz azul, el ratón se congeló como si estuviera reviviendo el recuerdo de haber sido colocado en la caja de descargas. Se trataba de la primera prueba de la existencia de un engrama, un conjunto de unos cientos de células que, al ser estimuladas, reproducían el recuerdo.

En este nuevo estudio, los investigadores querían ver qué ocurría con el engrama del hipocampo en los ratones a lo largo del tiempo. Otros estudios habían sugerido que era una pequeña parcela concreta del córtex -el córtex prefrontal- donde parecían almacenarse los recuerdos del miedo. Así que los investigadores infectaron las células del córtex prefrontal con el virus que contiene el interruptor de la luz.

Encontraron algo curioso. Al igual que antes, una vez que los ratones aprendían a temer la sala de descargas, el recuerdo podía reproducirse dirigiendo destellos de luz al hipocampo. La sorpresa fue que el recuerdo también podía provocarse dirigiendo destellos de luz a las células del córtex prefrontal. Así que el engrama, al parecer, se cargaba simultáneamente en el córtex prefrontal. “Esto fue sorprendente”, señala Tonegawa, “porque indicaba que la memoria cortical probablemente se creó el primer día, y no gradualmente como se ha supuesto”.

Sin embargo, cuando se colocó a los ratones en la sala de descargas, encogidos por el recuerdo, esas mismas células de la corteza prefrontal estaban en silencio (como se evidenció al comprobar la actividad química en el tejido cerebral aislado). Sólo un par de semanas después de la experiencia, las células de la corteza prefrontal se dispararon cuando el ratón fue colocado en la sala de choque. Por el contrario, el engrama en el hipocampo comenzó a desvanecerse.

Así que cuando se trata de almacenar la memoria a largo plazo, primero se hace una copia silenciosa en el córtex prefrontal; sólo gradualmente se cementa mientras el engrama del hipocampo se borra. Sin embargo, aún no se ha determinado en qué consiste ese cemento a largo plazo, afirma Takashi Kitamura, primer autor del trabajo.

Otra de las claves para cimentar la memoria fue que el córtex prefrontal necesitaba recibir entradas tanto del hipocampo como de la amígdala, el centro emocional del cerebro. Cuando los investigadores bloquearon las entradas neuronales de cualquiera de los dos (de nuevo empleando interruptores de luz), la memoria de la corteza no se consolidó.

¿Cómo podría esta información ayudar a la gente? Aunque no podemos implantar interruptores de luz, sí es posible activar o desactivar determinadas regiones del cerebro mediante la implantación de finos electrodos con una técnica conocida como estimulación cerebral profunda, que ya se utiliza para tratar trastornos como la enfermedad de Parkinson. Kitamura imagina que algún día será posible utilizar una técnica similar para manipular los engramas del cerebro. “Pero primero tenemos que mapearlos en ratones”.

Dada la vertiginosa velocidad a la que avanza este campo, la era de la manipulación de nuestros engramas podría no estar tan lejos.