Mejorar la memoria a través de ondas cerebrales
Se cree que patrones específicos de actividad cerebral subyacen a procesos o cálculos específicos que son importantes para varias habilidades mentales como la memoria. Un tipo de «señal cerebral» que recientemente ha llamado mucho la atención se llama «ondulación aguda», una ráfaga corta de oscilaciones de alta frecuencia en forma de onda.
Los investigadores descubrieron inicialmente ondas en el hipocampo, una región crítica para la memoria y la navegación que es fundamental para la transferencia del recuerdo a la memoria a largo plazo durante el sueño. Luego, un estudio de 2012 realizado por neurocientíficos de la Universidad de California en San Francisco, dirigido por Loren Frank y Shantanu Jadhav, ahora en la Universidad de Brandeis, mostró que estas ondas también juegan un papel en la memoria mientras se está despierto. Los investigadores utilizaron pulsos eléctricos para interrumpir las ondas en los cerebros de los roedores y demostraron que hacerlo reducía el rendimiento en una tarea de memoria.Sin embargo, nadie manipula Ripple mejorar Memoria – hasta ahora, eso es lo que era.
Investigadores de la Escuela de Medicina de la NYU, dirigidos por el neurocientífico György Buzsáki, ahora han hecho precisamente eso.En un estudio del 14 de junio Ciencias, El equipo demostró que la prolongación de las ondas de onda aguda en el hipocampo de las ratas mejoró significativamente su desempeño en una tarea de laberinto que ocupa la memoria de trabajo: el «bloc de notas» del cerebro para combinar y manipular información sobre la marcha. «Este es un estudio muy novedoso e impactante», dijo Jadhav, quien no participó en el estudio. «Es difícil realizar estudios de ‘ganancia de función’ de procesos fisiológicos de una manera tan precisa». Además de revelar nuevos detalles sobre cómo las ondas promueven procesos de memoria específicos, el trabajo podría tener implicaciones para el desarrollo de intervenciones para problemas de memoria y aprendizaje.
Los investigadores primero examinaron las propiedades de ondulación registradas por las ratas mientras realizaban la tarea, a partir de una base de datos obtenida a partir de años de experimentos. Descubrieron que cuando los ratones tenían que moverse por el laberinto, se producían más ondas de mayor duración que cuando simplemente exploraban o corrían por una pista. Los laberintos de negociación requieren que los ratones ejerciten su memoria.
En una tarea, el laberinto M, las ratas fueron entrenadas para navegar primero a través del brazo derecho de un laberinto con forma de «M» para una recompensa azucarada, y luego a través del brazo izquierdo en la siguiente prueba. En comparación con los ensayos que hicieron mal, los investigadores encontraron que las ondas fueron significativamente más largas en los ensayos en los que los ratones se desempeñaron correctamente. «Puedes registrar un patrón eléctrico muy simple en el cerebro y decir si el animal está bien o si está aprendiendo», dijo Buzsáki. Estos hallazgos sugieren que el hipocampo genera ondas más largas durante las actividades de memoria intensiva y que estas señales de mayor duración pueden mejorar el rendimiento.
Para verificar que las ondas más largas contribuían a un mejor rendimiento, el equipo alargó artificialmente las ondas en ratas que realizaban la tarea del laberinto M. Los investigadores utilizaron optogenética, que implica el uso de luz transmitida a través de cables de fibra óptica para activar neuronas sensibles a la luz modificadas genéticamente. Hipocampo de ratón. Registraron la actividad neuronal colectiva en el hipocampo durante la tarea para permitirles detectar ondas que ocurrieron espontáneamente. Una vez que se detectan las ondas, se activan pulsos de luz para activar las neuronas diseñadas. Esta estimulación de «bucle cerrado» duplicó aproximadamente la duración de las ondas y mejoró significativamente el rendimiento de las ratas en comparación con las condiciones de control en las que no se proporcionó estimulación con luz o se aplicó la estimulación después de un breve retraso aleatorio.
Los ratones también aprendieron más rápido que el grupo de control, con un 80 por ciento de aciertos al recordar qué ruta conduciría a una recompensa. Los investigadores también confirmaron el rendimiento comprometido al interrumpir las ondas con pulsos de luz de alta intensidad para desactivar cualquier efecto beneficioso. «Es bueno ver a otro grupo haciendo algo ligeramente diferente y obteniendo los mismos resultados», dijo Frank. «Te da la confianza de que todos estamos haciendo algo».
Para investigar cómo las ondas más largas mejoran el rendimiento, el equipo examinó las propiedades de las neuronas involucradas. Las ondas no son simplemente la actividad repetida de la misma neurona que oscila con el tiempo, sino que su actividad se propaga a más neuronas a medida que continúa la señal.
El equipo observó que neuronas específicas tendían a «dispararse» temprano o tarde en la señal, y encontraron diferencias interesantes entre los dos grupos. Las neuronas «tempranas» son «cajas parlantes» con una actividad inicial alta, mientras que las neuronas «tardías» son más lentas y tienen una actividad promedio más baja. «Las neuronas de disparo rápido son como las personas conversadoras, están activas en muchas situaciones», explica Buzsáki. «La mayoría de la gente no suele disparar, pero cuando lo hacen, dicen algo importante».
El hipocampo contiene neuronas especializadas para la navegación, llamadas células de «lugar», que se disparan cuando el animal está en un lugar específico. Los investigadores encontraron que las neuronas que se disparan en las últimas etapas de ondas largas (ya sea que ocurran espontáneamente o se prolonguen artificialmente) tenían más probabilidades de adaptarse a la ubicación, y que estas manchas tendían a ubicarse en los brazos del laberinto. Investigaciones anteriores han sugerido que una función de las ondas puede ser «reproducir» recuerdos. Los nuevos hallazgos respaldan esta idea y muestran que prolongar las ondas recluta neuronas adicionales para generar señales cuya actividad es relevante para la tarea en cuestión. «A medida que se extienden a lo largo de las ondas, están reclutando células que reactivan el camino que está tomando el animal», explicó Jadhav. «Este podría ser un mecanismo para una búsqueda cognitiva de todas las vías disponibles que otras regiones del cerebro pueden leer y actuar».
Los investigadores esperan que el trabajo pueda eventualmente ayudar a desarrollar tratamientos para el deterioro cognitivo relacionado con la edad o el tipo de problemas de memoria que se observan en la enfermedad de Alzheimer. También se pueden abordar las dificultades de aprendizaje. Las técnicas de los experimentos son difíciles de aplicar a los humanos porque son invasivas e involucran manipulación genética, pero Buzsáki dijo que están trabajando en métodos no invasivos. Un estudio reciente dirigido por el neurocientífico de la Universidad de Boston, Robert Reinhart, publicado en abril, utilizó corrientes eléctricas débiles aplicadas al cuero cabelludo de participantes mayores para mejorar la memoria de trabajo, acompañadas de una mayor sincronización entre las oscilaciones de estas frecuencias (theta). diferentes áreas corticales. «Hay puntos de conexión interesantes entre piezas elegantes [Buzsáki’s team] así como la investigación en mi laboratorio», dijo Reinhardt. «La investigación en sistemas y neurociencia cognitiva está sentando las bases para una ciencia fundamental importante que puede abrir un enfoque completamente nuevo basado en circuitos para prevenir y tratar trastornos cerebrales». «
El problema con los métodos no invasivos existentes utilizados en el estudio de Reinhart, como la estimulación magnética transcraneal o las técnicas de estimulación eléctrica transcraneal, es que no pueden penetrar en el cerebro, lo que dificulta la manipulación de señales en el hipocampo profundo. Grabar desde las profundidades del cerebro de una manera no invasiva es más complicado. Una posible solución es inferir cuándo aparecen las ondas en el hipocampo a partir de la actividad registrada en la superficie del cerebro. «Puede haber un patrón muy específico, por ejemplo, de actividad prefrontal que precede a estos eventos» y crea ondas en el hipocampo. dijo franco. «Pero aún no entendemos cómo se ve eso».
Además, la modificación de la actividad cortical mediante estas técnicas puede, por tanto, afectar a la actividad del hipocampo. «Sabemos que estas ondas agudas pueden atravesar [specific] Patrones neocorticales”, dijo Buzsáki. “De hecho, muchas compañías están tratando de influir en la memoria alterando los patrones neocorticales. Finalmente, se podrían emplear métodos invasivos, similares a los implantes que se usan para detectar e interferir con convulsiones, para detectar o manipular ondas, o ambos. Los métodos invasivos y no invasivos podrían incluso combinarse «siempre que pueda medir estos eventos y obtener con alguna forma de manipularlos, tienes el potencial de hacer que el sistema funcione mejor», dijo Frank. «Hay un mundo de posibilidades ahí fuera». «
notas: Se corrigió la afiliación de György Buzsáki de «NYU» a «NYU School of Medicine».
