26/03/2025
Los mapas de memoria del cerebro evolucionan constantemente para capturar experiencias cambiantes
Neurociencia destacada
· 20 de marzo de 2025
Resumen: Un nuevo estudio revela que la actividad cerebral relacionada con la memoria continúa cambiando incluso después del aprendizaje, desafiando las vistas tradicionales de las representaciones neuronales estables. Los investigadores analizaron las neuronas del hipocampo en ratones y descubrieron que sus "células de lugar", que codifican la memoria espacial, cambiaban sutilmente cada vez que los ratones volvían a visitar un entorno familiar.
Utilizando modelos computacionales, el estudio mostró que la plasticidad hebbiana tradicional (neuronas que se disparan juntas y se conectan entre sí) no podía explicar completamente estos cambios, mientras que un modelo más nuevo llamado Plasticidad Sináptica de Escala de Tiempo Conductual (BTSP) sí lo hacía. Se descubrió que el BTSP, desencadenado por los picos de calcio en las neuronas, es más influyente en la forma en que se registran los recuerdos en el cerebro.
Datos clave:
• Mapas dinámicos de memoria: Las células cerebrales actualizan continuamente las memorias espaciales en lugar de estabilizarlas.
• Nueva regla de plasticidad: BTSP explica mejor las representaciones cambiantes de la memoria que los modelos de aprendizaje tradicionales.
• Codificación de experiencias: las celdas de lugar pueden capturar diferencias sutiles en el tiempo, el entorno y el contexto.
Fuente: Universidad de Chicago
A medida que los animales experimentan cosas nuevas, las conexiones entre las neuronas, llamadas sinapsis, se fortalecen o debilitan en respuesta a los eventos y la actividad que causan en el cerebro.
Los neurocientíficos creen que la plasticidad sináptica, como se denominan estos cambios, juega un papel importante en el almacenamiento de recuerdos.
Aunque la investigación muestra que la actividad del hipocampo es mucho más dinámica durante la formación de la memoria de lo que se pensaba, todavía no está claro qué propósito podrían tener estas representaciones cambiantes. Crédito: Noticias de Neurociencia
Sin embargo, las reglas que rigen cuándo y cuánto cambian las sinapsis no se comprenden bien. La visión tradicional es que cuanto más se disparan dos neuronas juntas, más fuerte se vuelve su conexión; Cuando disparan por separado, su conexión se debilita.
Una nueva investigación de la Universidad de Chicago sobre el hipocampo, un área del cerebro esencial para la memoria, sugiere que esta no es toda la historia. Otras reglas de la plasticidad sináptica parecen tener un mayor efecto y explicar mejor cómo la actividad cerebral remodela continuamente la forma en que se registran los recuerdos en el cerebro.
Los patrones de actividad y sus representaciones neuronales cambian mucho a medida que un animal se familiariza con un nuevo entorno o experiencia. Sorprendentemente, esos patrones siguen evolucionando incluso una vez que se aprende algo, aunque más lentamente.
"Cuando entras en una habitación, es nueva al principio, pero rápidamente se vuelve familiar cada vez que regresas", dijo Mark Sheffield, PhD, profesor asociado de Neurobiología y el Instituto de Neurociencia de UChicago y autor principal del nuevo estudio publicado en Nature Neuroscience.
"Por lo tanto, se podría esperar que la actividad neuronal que representa esa habitación se estableciera y se estabilizara, pero continúa cambiando.
"Estos cambios en la representación, durante y después del aprendizaje, deben ser impulsados por la plasticidad sináptica, pero ¿qué tipo de plasticidad exactamente? Es difícil saberlo, porque no tenemos la tecnología para medirlo directamente en los animales que se comportan", dijo.
Cambiar celdas de lugar
El Premio Nobel de Medicina de 2014 fue otorgado por el descubrimiento de las "células de lugar": neuronas en el hipocampo que se activan solo cuando un animal está en un lugar determinado de una habitación, llamado "campo de lugar". Diferentes neuronas tienen sus campos de lugar en diferentes lugares de la habitación, cubriendo todo el entorno y formando lo que se conoce como un mapa cognitivo.
En el nuevo estudio, Antoine Madar, PhD, investigador postdoctoral en el laboratorio de Sheffield, estudió la actividad celular registrada en los cerebros de ratones mientras correteaban por diferentes entornos. Los ratones primero corrieron a través de un entorno familiar, luego cambiaron a uno desconocido.
Los investigadores esperaban ver los mismos patrones de actividad cuando los ratones estaban en un lugar que conocían, y diferentes patrones a medida que aprendían un nuevo entorno. En cambio, vieron que la actividad era ligeramente diferente cada vez, y razonaron que estos cambios reflejaban la plasticidad sináptica.
Para comprender qué impulsa estos cambios constantes en las representaciones neuronales, Madar construyó un modelo computacional de neuronas del hipocampo y luego aplicó diferentes reglas de plasticidad para ver si harían que las células de lugar se comportaran en los mismos patrones vistos en los datos del ratón.
En lugar de la regla tradicional de "las neuronas que se disparan juntas se conectan entre sí", conocida como Plasticidad Dependiente del Tiempo de Pico Hebbiano (STDP), una regla diferente, no hebbiana, llamada Plasticidad Sináptica de Escala de Tiempo Conductual (BTSP) explicó mejor la dinámica del campo de lugar cambiante.
Algunos cambios en la actividad de las células fueron sutiles; La célula disparó en un lugar ligeramente diferente al de la vez anterior. Otros fueron más drásticos, saltando a un lugar completamente diferente. STDP solo podía explicar los pequeños cambios graduales, dijo Madar, pero BTSP podía explicar toda la gama de trayectorias cambiantes, incluidos los grandes cambios no lineales.
"Sabemos mucho sobre la fisiología que sustenta la plasticidad sináptica, pero por lo general no sabemos qué tan importantes son esas cosas para el aprendizaje", dijo Madar. "Nuestro estudio proporciona evidencia de que BTSP tiene más impacto que STDP en la configuración de la actividad del hipocampo durante la familiarización".
BTSP es un descubrimiento bastante reciente, por lo que Madar dijo que comparar sus datos y modelos les permitió aprender mucho sobre esta nueva regla de plasticidad. Por ejemplo, sabían que la BSTP se desencadena por grandes saltos en la cantidad de calcio dentro de las células, pero no sabían con qué frecuencia ocurren estos saltos.
La nueva investigación muestra que, si bien estos saltos son raros, ocurren con más frecuencia cuando un animal está aprendiendo y formando nuevos recuerdos. Los investigadores también encontraron que una vez que se forma un campo de lugar, la probabilidad de que estos eventos desencadenantes de BTSP sigan un patrón de descomposición simple, con solo ligeras variaciones entre las regiones del cerebro o los niveles de familiaridad.
"Esto es suficiente para explicar la asombrosa diversidad en la dinámica de campo de lugares individuales que observamos", dijo Madar.
Codificación de toda la experiencia
Aunque la investigación muestra que la actividad del hipocampo es mucho más dinámica durante la formación de la memoria de lo que se pensaba, todavía no está claro qué propósito podrían tener estas representaciones cambiantes.
"Las representaciones neuronales en continua evolución podrían ayudar al cerebro a distinguir entre recuerdos similares que ocurrieron en el mismo lugar pero en diferentes momentos, un proceso muy importante para evitar la confusión de la memoria patológica, un sello distintivo de múltiples trastornos neurológicos y cognitivos", dijo Madar.
Sheffield comienza a sonar proustiano al considerar esta pregunta.
"Cada vez que vuelves a la habitación en la que estás sentado, de alguna manera puedes saber que estás en la misma habitación. Pero es un día diferente y una hora diferente, ¿verdad? Nunca se puede replicar completamente una experiencia, y de alguna manera el cerebro rastrea todo eso", dijo.
"Entonces, una idea es que estas dinámicas en las representaciones de la memoria están codificando precisamente eso. Están codificando ligeros cambios en la experiencia, como tal vez te tomas un café una vez y luego almuerzas en la misma habitación.
"Estas sutiles diferencias en el escenario, los olores, el tiempo, todos estos ligeros cambios en la experiencia podrían codificarse en la memoria a través de los cambios en estos campos de lugares. No solo codifican el entorno; Están codificando toda la experiencia que ocurre allí".
Financiamiento: El estudio, "Reglas de plasticidad sináptica que impulsan el cambio representacional en el hipocampo", fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud (DP2NS111657, F32MH126643), la Fundación Whitehall, el Programa de Becarios Searle y la Fundación Sloan. Anqi Jiang y Can D**g, estudiantes de doctorado actuales y anteriores en UChicago, fueron autores adicionales.
Sobre esta plasticidad sináptica y memoria noticias de investigación
Autor: Matt Wood
Fuente: Universidad de Chicago
Contacto: Matt Wood – Universidad de Chicago
Imagen: La imagen está acreditada a Neuroscience News
Investigación original: Acceso cerrado.Reglas de plasticidad sináptica que impulsan el cambio representacional en el hipocampo" de Mark Sheffield et al. Neurociencia de la naturaleza
________________________________________
Abstracto
Las reglas de plasticidad sináptica impulsan el cambio representacional en el hipocampo
Se cree ampliamente que la plasticidad sináptica apoya el almacenamiento de memoria en el cerebro, pero no se conocen las reglas que determinan los cambios sinápticos impactantes in vivo.
Consideramos la dinámica de cambio ensayo por ensayo de los campos de lugar del hipocampo (PF) como un indicador de la plasticidad continua durante la formación de la memoria y la familiarización.
Al implementar diferentes reglas de plasticidad en modelos computacionales de células de lugar con picos y compararlos con PF medidos experimentalmente de ratones que navegan por entornos conocidos y nuevos, descubrimos que la plasticidad sináptica en escala de tiempo conductual (BTSP), en lugar de la plasticidad hebbiana dependiente del tiempo de pico (STDP), explica mejor la dinámica de cambio de PF. Los eventos desencadenantes de BTSP son raros, pero más frecuentes durante las nuevas experiencias.
Durante la exploración, su probabilidad es dinámica: decae después del inicio de PF, pero continuamente impulsa una deriva representacional a nivel poblacional.
Además, nuestros resultados muestran que BTSP ocurre en CA3 pero es menos frecuente y fenomenológicamente diferente que en CA1.
En general, nuestro estudio proporciona un nuevo marco para comprender cómo la plasticidad sináptica da forma continuamente a las representaciones neuronales durante el aprendizaje
