Las células de ‘eventos’ en el cerebro ayudan a organizar los recuerdos en piezas significativas
Nuestro recuerdo de los eventos a menudo no es como reproducir videos digitales de cámaras de seguridad: una observación pasiva que reconstruye fielmente los detalles espaciales y sensoriales de todo lo que sucedió. Más comúnmente, la memoria divide lo que experimentamos en una serie de eventos discretos e interconectados. Por ejemplo, puede recordar que salió a caminar antes del almuerzo en un momento específico la semana pasada, pero no las botellas de refresco esparcidas en la acera, el canto del cuervo en el roble en el jardín o el sándwich de ensalada de pollo que comió cuando tu cerebro Con una canasta mental designada para «caminar» y una caja de arena posterior para «almuerzo», muchos de estos detalles más finos están disponibles una vez visitados. Este arreglo plantea la cuestión de cómo el cerebro realiza esta clasificación.
Un nuevo estudio realizado por el neurocientífico del MIT Susumu Tonegawa y sus colegas afirma haber descubierto el procesamiento neuronal que hace posible esta organización de recuerdos en unidades discretas. El trabajo tiene implicaciones importantes para comprender cómo los humanos generalizan el conocimiento, lo que podría ayudar a desarrollar sistemas de IA que aprendan más rápido.
Una región del cerebro llamada hipocampo es crítica para la formación de la memoria y parece estar involucrada también en la navegación. Las neuronas en el hipocampo llamadas células de «lugar» responden selectivamente a estar en un lugar particular, formando un mapa cognitivo del entorno. Esta información espacial es claramente importante para la memoria de «episodios» (autobiográfica más que fáctica). Pero también lo son otros aspectos de la experiencia, como cambiar la información sensorial. Existe evidencia de que las neuronas en el hipocampo codifican cambios sensoriales al cambiar la frecuencia a la que disparan, un fenómeno conocido como «reasignación de frecuencia». Según el neurocientífico de la UCSF Loren Frank y sus colegas, los cambios también pueden codificar información sobre dónde han estado los animales y hacia dónde se dirigen, lo que permite la reasignación de tasas para representar las trayectorias de viaje.
Además de codificar variables cambiantes, ya sea información sensorial o trayectorias de ruta, varios estudios de imágenes han demostrado previamente que el cerebro también procesa experiencias como eventos segmentados. Pero no está claro exactamente cómo logra este proceso a nivel neuronal.publicado la semana pasada en Neurociencia de la naturaleza, un equipo dirigido por Chen Sun, un estudiante graduado en el laboratorio de Tonegawa, ideó una tarea que intenta separar la naturaleza discreta y segmentada de los eventos de los detalles espaciales y sensoriales en constante cambio de la experiencia momento a momento. Los investigadores entrenaron ratones para correr en pistas cuadradas. Después de cuatro vueltas, los animales fueron recompensados con un postre. Visitaron la caja de recompensas después de cada vuelta, dividiendo cada prueba en cuatro «eventos» (la recompensa define el final de la prueba). Cada vuelta sigue la misma ruta, por lo que la información sensorial y posicional es constante de un evento al siguiente, lo que permite a los investigadores atribuir diferencias en la actividad cerebral a lo que cambió: el número de vueltas o el evento.
Los investigadores registraron la actividad de cientos de células del hipocampo mientras los ratones realizaban esta tarea y encontraron que alrededor del 30 por ciento de las células mostraban patrones específicos de la articulación de la rodilla. Algunos de los roedores estaban muy activos cuando cruzaron la posición en la que respondieron en la primera vuelta y estuvieron relativamente tranquilos durante las tres vueltas restantes. Los demás reaccionaron mucho más que los demás en la segunda vuelta, y así sucesivamente. Estas neuronas, que los investigadores llaman «reasignación de la tasa de eventos específicos» o células ESR, parecen indicar en qué vuelta está el ratón.
Para confirmar que las células ESR codificaban eventos, los investigadores realizaron experimentos utilizando trayectorias alargadas a lo largo de una dimensión, aumentando su longitud. Incluso cuando las longitudes de los círculos se cambiaron al azar entre los ensayos, las células permanecieron mucho más activas en los círculos que preferían, lo que sugiere que la actividad era independiente del tiempo transcurrido o la distancia recorrida. «Los resultados respaldan la idea de que el hipocampo puede expresar representaciones de variables correlacionadas, en este caso incluyendo el número de vueltas desde que se recibió la recompensa», dijo Frank, quien no participó en el estudio.
En otro experimento, el equipo entrenó ratones en una pista cuadrada el primer día y luego la reemplazó con una pista circular al día siguiente. La transferencia al nuevo entorno resultó en una reasignación completa de las respuestas espaciales de las células ESR en órbitas circulares. Sorprendentemente, sin embargo, el número de vueltas sobre las que respondieron preferentemente estas neuronas se mantuvo sin cambios. Estos hallazgos sugieren que las actividades de ESR representan unidades segmentadas de experiencia y que tales «códigos de eventos» pueden transferirse entre diferentes experiencias con una estructura común.
Tonegawa comparó el proceso con una escena familiar. «Si vas a un restaurante con amigos, ese episodio consta de diferentes partes: llegas al restaurante, pides un aperitivo, eliges un plato principal y luego, por lo general, comes el postre», dijo. «A medida que sucede todo esto, el estímulo que te llega va cambiando. Pero al mismo tiempo, se compone de diferentes eventos en los que pasas de un aperitivo a comer un plato principal, un postre, etc». explicar cómo el cerebro abstrae eventos como «plato principal» a través de diferentes visitas a diferentes restaurantes por parte de diferentes amigos. Esta idea puede proporcionar una idea de cómo el cerebro generaliza el conocimiento para un aprendizaje efectivo. “Estás transfiriendo conocimientos que ya tienes basados en experiencias pasadas para aprender cosas nuevas”, dijo Tonegawa. “Es por eso que podemos aprender cosas más rápido.” Cree que estas ideas podrían ayudar a los ingenieros a desarrollar sistemas de IA que puedan transferir capacidades de un entorno a otro, como robots médicos que se mueven entre hospitales.
Los experimentos de trayectoria circular muestran que las respuestas cerebrales que especifican su ubicación precisa pueden alterarse sin afectar la actividad en eventos específicos. En un experimento final, el equipo preguntó si lo contrario era cierto. Un área llamada corteza entorrinal medial (MEC) trabaja en estrecha colaboración con el hipocampo para la cognición espacial y la navegación. También hay evidencia de que implica la segmentación de la experiencia en eventos sucesivos. Los investigadores utilizaron la optogenética, una técnica que consiste en alterar genéticamente las células para que puedan activarse o inhibirse con la luz, para desactivar la señalización del MEC al hipocampo cuando los ratones realizan una tarea de carrera. Hacerlo no tuvo ningún efecto en las respuestas específicas de la ubicación, pero interrumpió por completo las respuestas específicas de la vuelta, lo que sugiere que la codificación de la ubicación y el evento se puede manipular de forma independiente, incluso cuando las mismas células procesan ambas experiencias.
Una limitación del estudio es que las carreras repetidas en una pista son diferentes de la mayoría de las experiencias naturales. «No hay evidencia de que estos patrones relacionados con eventos existieran cuando los animales experimentaron por primera vez una secuencia de eventos, solo que surgieron después de múltiples repeticiones de la secuencia ahora familiar», dijo Frank. «No es exactamente lo mismo que nuestra memoria episódica, donde cada nueva experiencia se codifica individualmente y se almacena como un evento la primera (y a menudo la única) vez que ocurre». Argumenta que estas células representan «elementos de repetición», elementos informados y relevantes de experiencia». El arreglo, dice, es una reminiscencia de los informes de los estudios de las neuronas del hipocampo «disparos similares pero no idénticos en elementos que se repiten geométricamente del mismo entorno».
György Buzsáki, neurocientífico de la Facultad de Medicina Grossman de la NYU que no participó en el estudio pero proporcionó comentarios a los investigadores, dijo: «Este es un experimento perspicaz, caracterizado por la precaución y numerosos controles en el laboratorio de Tonegawa». una visión más radical de lo que está pasando. Argumenta que todas las propiedades que los investigadores han atribuido a las neuronas del hipocampo son aspectos diferentes del mismo mecanismo básico. Para explicar esta idea, la comparó con la relación entre el movimiento del motor de un vehículo y la distancia y el tiempo de viaje, diferentes variables que reflejan un único proceso subyacente.
En el caso de la memoria episódica, los elementos asumidos son qué, dónde y cuándo. «La definición de memoria episódica es: ‘¿Qué me pasó, cuándo y dónde?'», dijo Buzsáki. Cuando combina estos elementos, recrea el evento. «Se llama memoria», agregó. Los investigadores asocian la actividad que observan con qué, dónde o cuándo, pero todo lo que hace el hipocampo es codificar la experiencia en secuencias neuronales. El hipocampo «es como un bibliotecario que te dice que vayas al quinto estante, a la segunda fila. Luego, el siguiente libro es este, luego este, y así sucesivamente», dijo. Pero los bibliotecarios estaban cegados al contenido de estas secuencias, que se construyen en la corteza.Entonces, la interpretación de Buzsáki de los nuevos hallazgos es que las células no codifican propiedades abstractas «específicas del evento», como la cantidad de vueltas que da una persona o el curso de la cena.—Al igual que las secuencias ordinales que generan, estas secuencias nos dan el orden necesario para comprenderlo.
