¿Cómo es capaz el cerebro de usar experiencias pasadas para guiar la toma de decisiones? Hace unos años, investigadores apoyados por los Institutos Nacionales de Salud descubrieron en ratas que despertar la repetición mental de experiencias pasadas es fundamental para aprender y tomar decisiones informadas. Ahora, el equipo ha descubierto secretos clave de los circuitos cerebrales subyacentes, incluido un sistema único que codifica la ubicación durante los períodos inactivos.
"Los avances como estos en la comprensión de los procesos celulares y a nivel de circuito subyacentes a funciones básicas como la función ejecutiva, la cognición social y la memoria encajan en la misión del NIMH de descubrir las raíces de los comportamientos complejos", dijo el director interino del NIMH, Bruce Cuthbert, Ph.RE.
Mientras una rata se está moviendo a través de un laberinto, o simplemente reproduciendo mentalmente la experiencia, un área en el centro de memoria del cerebro, o hipocampo, especializada para ubicaciones, llamada CA1, se comunica con un área de toma de decisiones en el centro ejecutivo ocorteza prefrontal PFC. Un subconjunto distinto de neuronas PFC excitadas durante la reproducción mental de la experiencia se activa durante el movimiento, mientras que otro subconjunto distinto, menos comprometido durante el movimiento en el laberinto, y por lo tanto potencialmente distractor, se inhiben durante la reproducción.
"Tal actividad fuertemente coordinada dentro de este circuito CA1-PFC durante la repetición despierta es probable que optimice la capacidad del cerebro para consolidar recuerdos y usarlos para decidir sobre acciones futuras", explicó Shantanu Jadhav, Ph.D., ahora profesor asistente en BrandeisUniversity, Waltham, MA., Coautor principal del estudio. Sus contribuciones a esta línea de investigación fueron posibles, en parte, gracias a un premio Pathway to Independence de la Oficina de Investigación, Capacitación y Desarrollo Profesional del Instituto Nacional de Mental del NIHSalud NIMH.
Jadhav y su colega científico Gideon Rothschild, Ph.D., dirigieron el estudio bajo la supervisión de su preceptor postdoctoral, el concesionario NIMH Loren Frank, Ph.D., de la Universidad de California en San Francisco UCSF.Informan sobre sus hallazgos el 10 de marzo de 2016 en la revista neurona .
Antes del estudio, los investigadores sabían que el hipocampo y la corteza prefrontal juegan un papel crítico en el comportamiento guiado por la memoria, pero exactamente qué patrones de actividad neuronal subyacen a estas habilidades seguía siendo un misterio.
Estudios anteriores habían demostrado que las neuronas llamadas células de lugar en el hipocampo se asocian con lugares particulares cuando las ratas exploran laberintos. Durante los descansos cuando los animales están inactivos, reproducen estas experiencias de lugar en sus mentes. Las células de lugar que se activaron mientras exploraban el fuego del laberintonuevamente en la misma secuencia, pero en una escala de tiempo mucho más rápida, lo que se refleja en reveladores reveladores de actividad eléctrica de fracción de segundo llamados ondas onduladas SWR en el hipocampo.
"Ya habíamos demostrado que esta actividad de ROE en el hipocampo es necesaria para el aprendizaje, pero no sabíamos si podría afectar otras partes del cerebro o cómo", explicó Jadhav. "Sospechábamos que para apoyar la memoriala actividad de recuperación, hipocampo y PFC durante las ROE debe coordinarse ".
Cuando examinaron la actividad en grupos de neuronas en las dos regiones simultáneamente mientras las ratas aprendían tareas espaciales, el equipo de Jadhav y Rothschild vio una reactivación coordinada durante las ROE que abarcan tanto el hipocampo como el PFC. En el PFC, se sorprendieron al ver que estola reactivación implicaba tanto la excitación como la inhibición de poblaciones de neuronas funcionalmente distintas. Dentro de una ROE particular, las neuronas prefrontales que mostraban representaciones espaciales similares a las neuronas del hipocampo reactivadas simultáneamente se excitaban, mientras que las neuronas prefrontales con representaciones no relacionadas se inhibían. Cualquier actividad potencialmente distractora inconsistentecon la información reproducida proveniente del hipocampo se suprimiría, presumiblemente optimizando la función de memoria despierta.
"Nuestros resultados muestran que las ROE marcan tiempos de fuerte coordinación entre el hipocampo y la corteza prefrontal que reflejan una reactivación estructurada altamente específica de las representaciones relacionadas con la experiencia en curso", dijo Jadhav.
En un estudio paralelo, el equipo de UCSF de Frank se centró en una región vecina del hipocampo llamada CA2. Allí, se sorprendieron al descubrir una población distinta de neuronas que no solo disparan con mayor fuerza fuera de las ROE, sino que también señalan la ubicación de un animal cuandoel animal está inmóvil, incluso durante el sueño. El patrón de activación de estas neuronas era, por lo tanto, complementario al patrón de activación de las células de lugar asociadas a SWR que se encuentran en CA1.
El estudio reveló que el cerebro emplea distintos códigos neuronales para la formación de recuerdos específicos de la ubicación, dependiendo de si el animal se está moviendo o está quieto. En particular, el CA2 también se ha relacionado recientemente con los recuerdos sociales; las experiencias sociales a menudo tienen lugar durante los períodos de inactividad, según Frank.
Sorprendentemente, la escala de tiempo de los cambios de disparo de los patrones SWR vs. no SWR fueron similares en la corteza prefrontal y en CA2, lo que indica que el cerebro cambia rápidamente entre los dos sistemas de codificación con agilidad de fracción de segundo.
"Los delirios y problemas mentales similares implican confundir información generada internamente con cosas reales del mundo exterior; puede ser que el cambio rápido y preciso entre el pasado y el presente que vemos en el cerebro normal se vea afectado en la enfermedad psiquiátrica", dijo Frank.
Frank y un equipo de la UCSF dirigido por el estudiante graduado Kenneth Kay, cuya capacitación en investigación también fue apoyada, en parte, por un premio individual de la beca NIMH, informaron sobre sus descubrimientos en línea el 2 de marzo de 2016 en la revista Naturaleza .
"Invertir en la próxima generación de científicos de investigación, como Jadhav y Kay, apoyando su capacitación guiada en habilidades de investigación de vanguardia, es esencial si el NIMH va a continuar cumpliendo nuestra misión", dijo Nancy Desmond, Ph.D., Director Asociado de Capacitación en Investigación y Desarrollo de Carrera en la División de Neurociencia y Ciencias del Comportamiento Básico del NIMH.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por NIH / Instituto Nacional de Salud Mental . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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