Un desafío a los libros de texto sobre cómo entendemos nuestro entorno
Donald Hebb fue un renombrado científico canadiense cuyos importantes descubrimientos abarcaron el campo de la psicología y brindaron conocimientos sobre la percepción, la inteligencia y las emociones. Sin embargo, quizás sea más conocido por sus teorías del aprendizaje y la memoria, que aparecen en la mayoría de los textos básicos de neurociencia. Pero ahora otra teoría, junto con la evidencia experimental que la acompaña, desafía fundamentalmente algunos principios básicos del pensamiento de Hebb. Detalla cómo las células y las señales eléctricas y moleculares que las activan participan en la formación de una memoria de una serie de eventos relacionados.
Hebb teorizó en 1949 que cuando la actividad eléctrica en una neurona (probablemente desencadenada por la observación del entorno circundante) induce repetidamente a las «células objetivo» vecinas a disparar impulsos eléctricos, se produce un proceso regulador y fortalece la relación entre las dos neuronas. Es un poco como hacer flexiones de brazos con pesas; después de varias repeticiones, los músculos de los brazos se vuelven más fuertes y la barra se vuelve más fácil de levantar. A nivel celular, la estimulación repetida de una neurona por otra neurona puede aumentar la probabilidad de que la célula objetivo responda la próxima vez que se active. En los libros de texto básicos, esto se reduce a un simple adagio que describe la fisiología del aprendizaje y la memoria: «Células que disparan juntas, se conectan juntas».
Cada teoría necesita evidencia experimental, y los científicos han estado trabajando durante años para probar las ideas de Hebb en el laboratorio. Numerosos hallazgos han demostrado que cuando una neurona dispara repetidamente impulsos eléctricos (llamados «potenciales de acción») casi al mismo tiempo que las neuronas vecinas, sus conexiones se vuelven más eficientes. Las células objetivo disparan más fácilmente y transmiten señales más fuertes. Este proceso, conocido como potenciación a largo plazo (LTP), aparentemente induce cambios fisiológicos o «plasticidad» en las células objetivo. LTP se cita a menudo como una posible explicación de cómo el cerebro aprende y forma recuerdos a nivel celular.
Pero la mejora a largo plazo deja algunas preguntas sin respuesta. Cuando nos encontramos con algo nuevo, la experiencia generalmente ocurre como una serie de eventos durante al menos unos segundos, en lugar de pequeñas fracciones de segundo, como supone LTP, y la memoria todavía ocurre de alguna forma. Tampoco requiere necesariamente múltiples exposiciones repetidas a un evento para que ocurra el aprendizaje: un niño ve una fascinante llama azul y amarilla en una estufa a unos metros de distancia. Se acercó a la estufa, levantó lentamente un dedo y luego retiró rápidamente la mano. Una vez es suficiente para aprender esta lección de por vida.
Un nuevo artículo publicado el 8 de septiembre en la revista Science proporciona evidencia de lo que Jeffrey Magee del Campus de Investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes y otros investigadores han argumentado sobre cómo una secuencia de eventos da forma a la Memoria ofrece una explicación más plausible. En sus experimentos, una rata que corría a lo largo de una pista desarrolló un recuerdo de un punto específico a lo largo de la pista, un «campo de lugar» en términos neurológicos, en cinco segundos.Después de solo una órbita, el campo de posición se implantó en una región del cerebro llamada hipocampo.
La acción ocurre en las sinapsis, las pequeñas grietas entre las neuronas donde las señales pasan de una célula a otra. Las entradas visuales, táctiles o de otro tipo de otra parte del cerebro de un ratón viajan a través de largas fibras neuronales llamadas axones para dirigirse a las células en un área llamada hipocampo. La entrada desencadena la producción de un conjunto de señales que persisten durante varios segundos en pequeñas protuberancias, llamadas dendritas, en las células diana del hipocampo.
En esta forma de plasticidad, la señal clave en las células del hipocampo no es un potencial de acción de submilisegundos, sino una señal eléctrica llamada «potencial de meseta» en las dendritas de la célula objetivo, que dura cientos de veces más. El potencial de meseta hace que cantidades relativamente grandes de iones de calcio ingresen a la membrana celular de la neurona objetivo, lo que desencadena una cadena de eventos que conduce a cambios moleculares y estructurales dentro de la célula misma. Después de que la rata corriera solo unas pocas vueltas a la pista, a veces solo una vez, las neuronas del hipocampo se sometieron a este proceso de aprendizaje bioquímico y desarrollaron un campo de lugar que se volvió activo. Así, cuando se activa el campo de posición, el animal ahora «conoce» esta posición definida a lo largo de la pista.
Este proceso de aprendizaje recientemente descubierto difiere en aspectos fundamentales del antiguo concepto de LTP en los libros de texto. LTP requiere (como predijo Hebb) que una neurona envíe repetidamente una señal de entrada, lo que hace que las neuronas cercanas disparen picos de submilisegundos. El hallazgo de Magee y sus colegas, denominado «plasticidad sináptica en escalas de tiempo conductuales», no requiere tal causalidad. Una neurona no hace que otra neurona se dispare.
En cambio, las señales de entrada de otras partes del cerebro llegan a las neuronas del hipocampo segundos antes de que comiencen los picos de calcio (potenciales de meseta) en las dendritas. Estas mismas señales de entrada persisten durante varios segundos después de que finaliza el potencial de meseta. El curso de tiempo completo de cinco segundos (la entrada inicial seguida por el potencial de meseta, seguido por la entrada continua después) corresponde al mismo intervalo de tiempo en el que puede ocurrir un conjunto de acciones: el niño ve la estufa, se acerca a ella, toca la llama , y retira su mano .
Además, los nuevos recuerdos de lo que sucedió en un lugar en particular se consolidaron en el cerebro después de que las ratas corrieron por la pista una o varias veces. Los investigadores también encontraron que cuando la rata volvió a la pista después de completar este proceso de aprendizaje, una neurona entrenada se disparó antes de que el animal alcanzara la posición que había aprendido, lo que sugiere que la memoria ayuda al cerebro a reconocer dónde está la pista. frente a algo.
Es probable que este nuevo tipo de plasticidad no reemplace la mejora a largo plazo de los libros de texto, dijo Magee, autor principal del estudio, ahora en el Baylor College of Medicine. Pero podría explicar mejor cómo se forman los recuerdos a partir de una serie de eventos interconectados. También podría explicar cómo el cerebro recuerda lugares importantes: donde, por ejemplo, una ardilla almacena bellotas para el invierno, o donde un excursionista ve una serpiente en un sendero. «Siempre existe la sospecha persistente de que algo no está del todo bien con la mejora a largo plazo, y eso es lo que requiere el tiempo», dijo Magee. «Cuando lo usa para evocar la plasticidad sináptica, debe tener una ventana de tiempo muy ajustada. Pero los comportamientos en realidad ocurren en estas escalas de tiempo más largas, incluso comportamientos muy simples», dijo Magee a su grupo. Los hallazgos aún deben repetirse. Quedan preguntas clave, como en qué parte del cerebro se originan las señales que sirven como entrada a las dendritas.
Si el trabajo de Magee y su equipo se corrobora aún más, se puede pensar en LTP como un proceso que ayuda a mantener intactos los recuerdos formados por la nueva plasticidad descubierta por el equipo de Magee, o se puede descubrir que involucra eventos que no requieren ensamblar múltiples piezas. eventos Un proceso de detección sensorial más simple juntos. Alcino Silva, neurocientífico de la Universidad de California en Los Ángeles, que no participó en el estudio, calificó el trabajo como «un estudio innovador» y dijo que «tiene el potencial de cambiar la forma en que pensamos sobre cómo aprendemos y recordamos espacialmente». Agregó que el estudio es «solo el comienzo de un proceso emocionante», dijo el Dr. Señala que se necesita más investigación para garantizar que este hallazgo «sea realmente clave para el aprendizaje y la memoria. Por ejemplo, será importante explorar esta forma de plasticidad y luego demostrar que manipularla puede interferir y mejorar formas específicas de aprendizaje». . «
Otro investigador, György Buzsáki, neurocientífico de la Universidad de Nueva York que tampoco participó en el estudio, dijo: «En general, este es un importante paso adelante en nuestra comprensión de cómo se generan los campos de lugar en el hipocampo». ejemplos de varios mecanismos que crean dichos marcadores de lugar en cerebros de animales, incluido un estudio de su propio laboratorio que se ajusta mejor al modelo de Hebb.
El hipocampo también puede almacenar secuencias internas de eventos sin ninguna entrada sensorial del entorno físico, por ejemplo, una imagen mental de moverse en un lugar en el que nunca ha estado, una situación que Magee y su equipo encontraron como la escala de tiempo del comportamiento, dijo. Los modelos de plasticidad pueden no tener eso en cuenta. Independientemente del modelo que prevalezca, la nueva investigación científica proporciona otro ejemplo más de la naturaleza cambiante de la ciencia del cerebro. La observación cuidadosa de los detalles de cualquier proceso dado que se supone que es la base de una teoría de larga data puede cuestionar la teoría misma y abrir vías de investigación completamente nuevas.
