Un grupo internacional de científicos, con la participación de un investigador español, ha demostrado que existe una coordinación “exquisita” entre las neuronas del hipocampo cuando transmiten señales relacionadas con la memoria autobiográfica. El estudio se publica en el último número de la revista Neuron.
Las rizaduras que registra el electrodo extracelular (en blanco) están coordinadas con las que miden los electrodos pegados a dos neuronas (en rojo y azul) del hipocampo. Imagen: A. Tejero-Cantero y N. Maier.
Entre las neuronas del hipocampo, una región del cerebro con forma de caballito de mar, se transmiten señales (disparos eléctricos o picos en su potencial de membrana) relacionadas con la formación y evocación de la memoria. Los disparos de una neurona se pueden seguir de dos formas: analizando las ondas del espacio extracelular (las recoge el electroencefalograma), o con un electrodo pegado a la membrana de la neurona de al lado, que ‘escucha’ lo que ‘dice’ su vecina.
Ahora, un equipo liderado desde el Hospital Universitario Charité de Berlín (Alemania) ha comparado las ondas de los dos métodos centrándose en las denominadas ‘rizaduras’, oscilaciones de alta frecuencia (una cada cinco milisegundos) inscritas, a su vez, en otras mayores de aspecto picudo.
Estas ondas picudas aparecen en los estados de inmovilidad del animal o en ciertas fases de sueño. Los científicos piensan que ayudan a trasferir la memoria autobiográfica (los recuerdos) desde el hipocampo, donde se almacena la información de forma temporal, hasta el archivo permanente de la corteza cerebral. Las rizaduras podrían facilitar la consolidación de esta memoria dentro del propio hipocampo.
El equipo registró la actividad eléctrica del hipocampo introduciendo dos electrodos en el cerebro de un ratón vivo: el extracelular –que registra el encefalograma–, y el soldado a la membrana de la neurona objetivo. La misma operación se ha realizado in vitro en una fina sección de hipocampo (de medio milímetro de grosor y sumergida en líquido rico en oxígeno), para examinar las corrientes con mucho más detalle.
Escuchar y decidir si disparar
Mediante un circuito, los científicos pueden medir la actividad de las neuronas que ‘hablan’ a la célula capturada con el electrodo, y distinguir entre corrientes entrantes que tienden a hacerla disparar (excitatorias) y aquellas que la alejan del disparo (inhibitorias).
Con esta técnica se consigue utilizar la neurona objetivo como una especie de electrodo gigante que pulsa, a través de sus dendritas, la actividad de gran parte de la red. Puede recibir hasta 3.000 conexiones de otras neuronas.
Los resultados del estudio, que publica este mes la revista Neuron, “demuestran la presencia de corrientes excitatorias en fase con la rizadura, lo que refleja un coordinación temporal exquisita” en los conjuntos de neuronas activas durante el proceso.
“Esto nos hace pensar que los disparos que causan las corrientes excitatorias tienen un ritmo muy preciso, ya que hemos encontrado que esas corrientes van al paso de la rizadura tal y como aparece simultáneamente en el electrodo extracelular”, aclara a SINC Álvaro Tejero-Cantero, el autor español del artículo. “Medir las corrientes entrantes observando los cambios en la membrana es importante porque es la actividad que una célula ‘escucha’ y que utiliza para decidir si le toca disparar”.
El investigador ha desarrollado en la Universidad de Munich (Alemania) un algoritmo para desentrañar las contribuciones individuales a las corrientes entrantes en la célula. “Esto nos ha permitido ver que las corrientes excitatorias e inhibitorias empiezan completamente fuera de fase y en el curso de los entre 25-40 milisegundos que dura la rizadura se van alineando hasta terminar completamente en fase”.
La inhibición y el columpio
Tejero-Cantero apunta que este hecho sugiere un posible mecanismo para terminar la rizadura y pone un ejemplo: “Imaginemos que vemos un niño columpiándose y miramos en su misma dirección. Al principio la inhibición tira del columpio cuando el niño vuelve, amplificando el movimiento, pero en el curso de las oscilaciones la inhibición se desfasa y empieza a tirar cuando el niño todavía está en la fase ascendente, atenuando así el movimiento hasta pararlo».
Otro de los investigadores, Nikolaus Maier, neurocientífico de Charité, también destaca que con este estudio “se demuestra por primera vez cómo las corrientes excitatorias e inhibitorias interactúan durante las rizaduras en un intervalo muy rápido (5 milisegundos)».
El equipo considera que la comprensión de estos mecanismos es importante, no solo en el ámbito de la investigación de la memoria, sino también porque cualquier cambio en la actividad sincrónica entre las neuronas puede tener consecuencias fatales.
«La alteración de los ritmos del hipocampo puede ser una causa de condiciones patológicas como epilepsia, esquizofrenia o problemas de memoria en la enfermedad de Alzheimer», recuerda Dietmar Schmitz, coordinador del grupo.
El desarrollo de estos ritmos depende de la interacción organizada entre una multitud de células nerviosas. En los últimos años otros estudios han demostrado que la supresión de las oscilaciones del cerebro puede dificultar el aprendizaje, mientras que si se intensifican lo pueden mejorar. Los resultados publicados ahora pueden servir de base para futuras líneas de investigación enfocadas a tratamientos clínicos.
Referencia bibliográfica:
Nikolaus Maier, Álvaro Tejero-Cantero, Anja L. Dorrn, Jochen Winterer, Prateep S. Beed, Genela Morris, Richard Kempter, James F.A. Poulet, Christian Leibold, Dietmar Schmitz. “Coherent Phasic Excitation during Hippocampal Ripples”. Neuron 72 (1): 137-152, 6 de octubre de 2011.
SINC
