Un estudio del Instituto de Neurociencias CSIC-UMH identifica en ratones cómo la inhibición neuronal del giro dentado regula el equilibrio entre distinguir experiencias similares y mantener memorias estables
Redacción: Redacción Mundo de la Salud
Editor: Karem Díaz S.
El cerebro necesita resolver un dilema cada vez que forma un recuerdo: incorporar los detalles nuevos de una experiencia sin transformar cada pequeña diferencia en una memoria completamente independiente. Un equipo del Instituto de Neurociencias, centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Miguel Hernández de Elche (UMH), en España, ha identificado en ratones un mecanismo neuronal que ayuda a regular ese equilibrio.
El estudio, publicado en PLOS Biology, señala que el nivel de inhibición neuronal en el giro dentado del hipocampo modifica la forma en que se codifican las experiencias. Una menor inhibición aumenta la sensibilidad a las diferencias y puede favorecer la discriminación entre situaciones parecidas, pero también vuelve las representaciones más vulnerables a interferencias cuando aumenta la cantidad de información que debe almacenarse.
En cambio, un mayor nivel de inhibición favorece representaciones más consistentes y resistentes a esas interferencias. Los investigadores proponen así que el circuito puede desplazarse a lo largo de un continuo entre sensibilidad y consistencia, en lugar de existir una única configuración óptima de la memoria para todas las situaciones.
El giro dentado actúa durante la formación inicial del recuerdo
El trabajo se centró en el hipocampo, una región cerebral esencial para la formación de nuevos recuerdos, y específicamente en el giro dentado. Esta estructura participa en la denominada separación de patrones, un proceso que permite generar representaciones diferenciadas de experiencias que comparten numerosas características.
Esta capacidad resulta necesaria en situaciones cotidianas. Una persona debe poder reconocer una habitación aunque algún objeto haya cambiado de lugar, pero también distinguirla de otro espacio muy parecido cuando las diferencias son importantes. Si el sistema fuese excesivamente sensible, cada modificación podría producir una representación diferente; si fuese demasiado estable, experiencias distintas podrían confundirse.
La investigación complementa trabajos anteriores sobre cómo el cerebro actualiza los recuerdos cuando una experiencia contradice las expectativas. En ambos casos, la memoria aparece como un proceso dinámico y no como un archivo que conserva copias inalterables de lo ocurrido.
El equipo del Instituto de Neurociencias comprobó además que el mecanismo ahora identificado actúa específicamente durante la codificación, es decir, mientras se construye la primera representación neuronal de la experiencia. Las manipulaciones realizadas posteriormente no produjeron el mismo efecto, lo que indica que el proceso estudiado no corresponde a la estabilización posterior ni a la recuperación del recuerdo.
Neuronas inhibitorias regulan cuánto cambia una representación
El mecanismo depende de la inhibición dentro del giro dentado. En los circuitos cerebrales, determinadas interneuronas liberan señales inhibitorias que reducen la actividad de otras células y ayudan a controlar cómo responde una red neuronal.
Los investigadores manipularon experimentalmente esta inhibición durante la codificación de recuerdos en ratones. Para ello emplearon herramientas quimiogenéticas dirigidas a interneuronas que expresan parvalbúmina, una población neuronal capaz de ejercer un fuerte control inhibitorio sobre las células granulares del giro dentado.
Reducir temporalmente esa inhibición hizo que el sistema fuese más sensible a las diferencias entre experiencias. Esta mayor sensibilidad podía resultar beneficiosa cuando la carga de memoria era baja, porque facilitaba distinguir representaciones semejantes.
Pero el efecto cambiaba cuando aumentaba el número de experiencias que debían mantenerse. En esas circunstancias, la disminución de la inhibición incrementaba la susceptibilidad a la interferencia y perjudicaba la consistencia de las representaciones almacenadas.
El resultado ayuda a ampliar lo que se conoce sobre cómo grupos específicos de neuronas participan en la formación de recuerdos. La nueva investigación muestra que no solo importa qué células codifican una experiencia, sino también el estado funcional del circuito cuando esa información entra en el sistema.
Un modelo computacional predijo el punto de equilibrio
Una parte central del estudio consistió en desarrollar un modelo computacional capaz de reproducir de forma simplificada la adquisición y recuperación de representaciones de memoria. Los investigadores podían modificar virtualmente el nivel de inhibición y observar qué ocurría al aumentar progresivamente la cantidad de información almacenada.
El modelo mostró que no existe un nivel de inhibición universalmente beneficioso. Cuando la carga de memoria era pequeña, reducir la inhibición podía aumentar la discriminación entre experiencias similares. Sin embargo, a medida que se incorporaban más recuerdos, esa configuración favorecía interferencias y disminuía la estabilidad.
Por el contrario, aumentar la inhibición reducía parte de esa sensibilidad, pero hacía que las representaciones fuesen más consistentes frente a la acumulación de información.
Los científicos probaron después estas predicciones en animales mediante una tarea de memoria asociativa en la que los ratones debían aprender relaciones entre objetos, posiciones y diferentes contextos. Los resultados experimentales reprodujeron el comportamiento anticipado por el modelo.
La combinación de experimentación y modelización permitió proponer que la inhibición funciona como un mecanismo de ajuste del modo en que opera el giro dentado: el circuito puede favorecer flexibilidad o estabilidad dependiendo de las demandas de memoria.
Distinguir recuerdos similares tiene un costo
Los resultados ponen de manifiesto que aumentar la capacidad para diferenciar experiencias no es necesariamente ventajoso en todas las circunstancias. Una representación extremadamente sensible a cualquier variación puede registrar con precisión detalles nuevos, pero también volverse menos resistente cuando otra información compite con ella.
Esta compensación ayuda a explicar por qué el cerebro necesita equilibrar dos procesos. La flexibilidad permite aprender de cambios en el entorno; la estabilidad evita que información posterior modifique continuamente lo ya almacenado.
El concepto se relaciona con otras investigaciones sobre la flexibilidad de los circuitos neuronales. Un estudio reciente mostró que el cerebro puede reutilizar poblaciones neuronales para almacenar diferentes tipos de información durante tareas de memoria de trabajo, proporcionando otro ejemplo de cómo las redes cerebrales modifican su funcionamiento según las demandas cognitivas.
El giro dentado desempeña un papel particularmente importante porque recibe información procedente de la corteza entorrinal antes de transmitirla hacia otras regiones del hipocampo. Sus células granulares presentan una actividad relativamente escasa, una característica que contribuye a generar representaciones diferenciadas incluso cuando las experiencias comparten muchos elementos.
La inhibición no siempre tiene el mismo efecto sobre la memoria
El estudio también ayuda a superar una interpretación demasiado simple de la actividad inhibitoria. Reducir la inhibición no equivale automáticamente a mejorar la memoria, del mismo modo que aumentarla tampoco representa necesariamente una ventaja.
Su efecto depende de qué necesita hacer el circuito en un momento determinado. Si la prioridad consiste en detectar pequeñas diferencias, un estado más sensible puede resultar útil. Si el sistema ya contiene muchas representaciones susceptibles de interferir entre sí, una mayor estabilidad puede ser preferible.
Esta función reguladora es distinta de otros procesos que ocurren después del aprendizaje. Por ejemplo, durante el descanso y el sueño, otras poblaciones de neuronas inhibitorias participan en la consolidación de la información previamente aprendida. El nuevo trabajo del CSIC y la UMH, en cambio, sitúa el efecto estudiado en el momento inicial de la codificación.
Esta diferencia temporal resulta importante: formar, estabilizar y recuperar una memoria son procesos relacionados, pero no idénticos, y pueden depender de mecanismos neuronales distintos.
Los experimentos se realizaron en ratones
Los resultados no permiten concluir que pueda modificarse de forma equivalente la memoria humana mediante la manipulación de estas neuronas. El componente experimental del estudio se realizó en ratones y el modelo computacional representa de manera simplificada algunos principios de funcionamiento del circuito.
El trabajo tampoco propone actualmente un tratamiento para trastornos de memoria, demencia u otras enfermedades neurológicas. Su aportación principal consiste en describir un mecanismo básico que puede ayudar a comprender cómo los circuitos del hipocampo administran información potencialmente conflictiva.
El papel del hipocampo en la memoria se estudia también desde otras perspectivas. Investigaciones recientes han mostrado, por ejemplo, que las fluctuaciones hormonales pueden producir cambios físicos mensurables en el hipocampo, mientras que estudios sobre enfermedades neuropsiquiátricas analizan cómo las alteraciones celulares de esta región pueden afectar al funcionamiento cognitivo.
En pacientes con depresión mayor, un trabajo reciente identificó alteraciones en la maduración de nuevas neuronas del hipocampo y en el equilibrio entre señales excitadoras e inhibitorias. Estos hallazgos proceden de investigaciones diferentes y no implican que el mecanismo descrito ahora explique esas enfermedades, pero muestran la relevancia del equilibrio de los circuitos hipocampales para múltiples procesos cerebrales.
Aún falta saber qué señales cambian el modo de funcionamiento
Una de las principales preguntas permanece abierta. El equipo ha demostrado experimentalmente que modificar la inhibición puede desplazar al sistema hacia una mayor sensibilidad o una mayor consistencia, pero todavía no ha identificado qué señales naturales indican al cerebro cuándo debe realizar ese ajuste.
Los investigadores plantean que el giro dentado podría adaptar dinámicamente su funcionamiento dependiendo de factores como la cantidad de información almacenada y las exigencias de la tarea. Determinar cómo detecta esas condiciones y qué circuitos ordenan modificar el tono inhibitorio constituye una de las siguientes etapas de la investigación.
También será necesario estudiar hasta qué punto estos principios se conservan en circuitos cerebrales humanos. La memoria humana implica redes distribuidas que abarcan el hipocampo y múltiples regiones corticales, y la consolidación puede continuar mucho después de la experiencia inicial. Incluso el sueño interviene activamente: investigaciones con registros cerebrales han mostrado que la coordinación entre distintas regiones durante el descanso participa en la consolidación de recuerdos.
El nuevo trabajo aporta una pieza anterior de ese proceso: antes de consolidar un recuerdo, el cerebro debe decidir cómo representar inicialmente la experiencia. Los experimentos del Instituto de Neurociencias indican que la inhibición en el giro dentado ayuda a regular precisamente ese compromiso entre registrar lo que ha cambiado y conservar lo que debe permanecer estable.
Fuentes referenciales:
PLOS Biology
Instituto de Neurociencias CSIC-UMH
