Un equipo de científicos descubre el papel de la dopamina en la dinámica de la memoria a corto y largo plazo
Publicado originalmente por Tejasri Gururaj , Medical Xpress, el 26 de agosto de 202
En un reciente estudio publicado en Nature, investigadores de la Universidad de Stanford y la Universidad de Yale han explorado la interacción entre la memoria a corto y largo plazo en los animales.
En los insectos, el aprendizaje y la memoria están controlados por una estructura conocida como cuerpo en hongo, análoga al hipocampo de los mamíferos.
Los investigadores querían saber cómo influyen las respuestas preexistentes e innatas ante estímulos en el aprendizaje de nuevas asociaciones y cómo se forman y mantienen estos recuerdos a lo largo del tiempo.
Medical Xpress habló con el primer autor del estudio, Cheng Huang, profesor adjunto de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington. Según explica, lo que le llevó a dedicarse a esta investigación fue que: «Desde niño me ha fascinado lo vívidos que pueden ser nuestros recuerdos y cómo pueden moldear el comportamiento y la personalidad de un individuo».
Los investigadores se centraron en el cerebro de la Drosophila (mosca de la fruta). Mediante una combinación de técnicas experimentales de imagen y modelos computacionales, los investigadores observaron la actividad neuronal de las moscas de la fruta mientras se sometían a experimentos de condicionamiento asociativo olfativo.
Dopamina y memoria
La liberación de dopamina se ha relacionado con las experiencias gratificantes, reforzando el recuerdo de esa experiencia. Esencialmente, la dopamina actúa como señal de que algo bueno ha sucedido, facilitando su recuerdo.
Esto ayuda a codificar nuevos recuerdos y a reforzar los comportamientos aprendidos, desempeñando un papel en la formación de la memoria a corto y largo plazo. También ayuda a almacenar y recuperar la memoria, estabilizando los recuerdos a lo largo del tiempo.
El Prof. Huang y sus colegas proponen que las neuronas dopaminérgicas del cerebro de la mosca de la fruta integran la información procedente de respuestas innatas y experiencias aprendidas con estímulos sensoriales.
En otras palabras, la dopamina ayuda a procesar y unificar la información obtenida de las dos fuentes, influyendo en la forma en que el cerebro responde a los estímulos sensoriales.
«Nuestro trabajo introduce una nueva concepción de las interacciones entre las áreas de almacenamiento de memoria a corto y largo plazo del cerebro», explica el profesor Huang.
«Las concepciones tradicionales se centraban en la consolidación de sistemas, en la que los recuerdos que residen en áreas de almacenamiento a corto plazo se transmiten durante la actividad offline a áreas de almacenamiento a largo plazo. Aquí descubrimos una interacción diferente entre los compartimentos de memoria a corto y largo plazo».
Imágenes de tensión para estudiar los picos neuronales
Para la parte experimental del estudio, los investigadores utilizaron 500 moscas de la fruta y las expusieron a distintos olores. Estas moscas de la fruta fueron modificadas genéticamente para dirigirse a neuronas específicas y manipular su actividad.
Algunos de los olores se emparejaron con estímulos positivos o negativos (como una recompensa o un castigo). De este modo se comprueba hasta qué punto las moscas pueden aprender y recordar la asociación entre un olor y el resultado.
Explicando por qué se utilizó la Drosophila, el Prof. Huang dijo: «El cerebro de la Drosophila proporciona un modelo excelente para comprender la lógica y los mecanismos fundamentales que subyacen al aprendizaje y la memoria mediados por la dopamina.»
«A pesar de tener un número significativamente menor de neuronas dopaminérgicas en comparación con los mamíferos, el sistema dopaminérgico de Drosophila demuestra funciones más conservadas en los procesos de aprendizaje y memoria».
Para medir la respuesta de las moscas a diversos estímulos, los investigadores midieron la actividad neuronal de los picos (comunicación entre neuronas) utilizando imágenes de voltaje.
Este método capta las señales eléctricas midiendo los cambios de voltaje a través de la membrana de la neurona. Cuando una neurona se dispara, se produce un cambio en el voltaje, que puede captarse mediante sensores o tintes especiales.
Para la parte computacional de su trabajo, los investigadores crearon un modelo del circuito del cuerpo en hongo, limitado tanto por el cableado del cerebro de la mosca como por sus datos experimentales sobre los picos, para explicar y predecir la dinámica de la memoria.
Regulación, retroalimentación y papel de la dopamina
Los investigadores descubrieron que las neuronas dopaminérgicas del cerebro de la mosca de la fruta codifican de forma heterogénea respuestas innatas y aprendidas a recompensas, castigos y olores. Estas señales regulan cómo se almacenan y olvidan los recuerdos en el cerebro.
Cuando se forman recuerdos a corto plazo, se desencadena un proceso que abre la puerta para que ciertas conexiones entre células cerebrales se debiliten, lo que permite a las neuronas dopaminérgicas procesar mejor tanto las señales innatas como las aprendidas, lo que a su vez ayuda a formar recuerdos a largo plazo.
«Este mecanismo de compuerta se produce a través de una interacción de retroalimentación, por la que las señales emitidas por una unidad de memoria a corto plazo influyen en la actividad que se introduce en una unidad de memoria a largo plazo».
«Una vez creada una memoria a corto plazo, esta interacción de retroalimentación permite que se forme rápidamente una memoria a largo plazo durante presentaciones adicionales de la misma asociación que dio lugar a la memoria a corto plazo inicial», explicó el profesor Huang.
También descubrieron que la fuerza de este bloqueo depende de una suma lineal de las respuestas innatas y previamente aprendidas de las señales sensoriales.
Además, el modelo computacional reveló cómo media la dopamina en la interacción entre la memoria a corto y largo plazo. Los investigadores descubrieron que el momento del entrenamiento para la extinción del recuerdo y el significado natural de los olores influyen en la fuerza y persistencia de estos recuerdos.
Mirando al futuro
Los resultados del estudio revelan cómo las distintas partes del cuerpo en hongo trabajan conjuntamente para formar la memoria a corto y largo plazo.
Proporcionan una comprensión mecanicista de cómo la información innata y la aprendida interactúan en el cerebro para modelar el comportamiento. Además, también se revela el papel de la dopamina en la mediación de la interacción entre la memoria a corto y a largo plazo.
«Este mecanismo podría ayudar a identificar circuitos similares en mamíferos. En última instancia, nuestros hallazgos podrían beneficiar el desarrollo de intervenciones o tratamientos para enfermedades asociadas a la demencia en humanos», afirmó el profesor Huang.
En cuanto al impacto de su estudio en el campo de la neurociencia en su conjunto, el Dr. Huang concluyó diciendo: «Las implicaciones biológicas de nuestros datos y resultados de modelado son de gran alcance y pueden ofrecer importantes conocimientos computacionales sobre el sistema de memoria dinámica e inspirar nuevos diseños de algoritmos de aprendizaje y arquitecturas de red en inteligencia artificial.»
Más información: Cheng Huang et al, Dopamine-mediated interactions between short- and long-term memory dynamics, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07819-w
Información de la revista: Nature
Comentarios
Publicar un comentario