Para centrarnos en lo nuevo, ignoramos lo que no lo es. Un nuevo estudio realizado por investigadores del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria del MIT avanza sustancialmente en la comprensión de cómo el cerebro de un mamífero permite esta "memoria de reconocimiento visual".
Descartar las cosas en una escena que han demostrado no tener consecuencias es una función esencial porque permite que los animales y las personas reconozcan rápidamente las cosas nuevas que deben evaluarse, dijo Mark Bear, profesor de Picower en el Departamento de Cerebro yCiencias cognitivas y autor principal del estudio en el Revista de neurociencia.
"La respuesta conductual apropiada de todos a un estímulo inesperado es dedicar recursos de atención a eso", dijo Bear. "Tal vez signifique peligro. Tal vez signifique comida. Pero si se entera de que este estímulo una vez novedoso no es nada significativo, es súper adaptativo para dejar de prestarle atención. Es absolutamente esencial para el funcionamiento normal del cerebro que podamos determinar rápidamente si un estímulo es nuevo o no ".
Las personas con esquizofrenia y algunos trastornos del espectro autista parecen tener dificultades con esta capacidad, anotó Bear.
En 2006, el laboratorio de Bear descubrió el primer signo de memoria de reconocimiento visual. Los investigadores detectaron un fuerte patrón de aumento de la actividad eléctrica en la corteza visual a medida que los ratones se familiarizaban con una imagen en una pantalla. Investigaciones posteriores mostraron que este aumento en la respuesta electrofisiológica, denominadaSRP, o "plasticidad de respuesta selectiva al estímulo", se correlacionó fuertemente con la "habituación" o la pérdida conductual de interés en explorar el estímulo cada vez más familiar.
Desde entonces, el laboratorio ha estado trabajando en ratones para comprender exactamente cómo surgen estos fenómenos. Su investigación ha demostrado que está involucrado un mecanismo bien conocido de aprendizaje y memoria llamado "LTP", un fortalecimiento de las conexiones neuronales en medio de una actividad frecuente.pero que este mecanismo por sí solo no puede producir memoria de reconocimiento visual. Las neuronas inhibidoras llamadas neuronas que expresan parvalbúmina PV también parecen ser partes cruciales del circuito. Se sabe que las neuronas PV producen ritmos gamma de alta frecuencia en la corteza.
En el nuevo estudio dirigido por los estudiantes graduados Dustin Hayden y Daniel Montgomery, el laboratorio de Bear muestra que a medida que los patrones visuales novedosos se vuelven familiares, la transición está marcada por cambios marcados en la corteza visual. Los ritmos gamma dan paso a ritmos beta de baja frecuencia y laLa actividad de las neuronas PV desaparece a favor de un aumento en la actividad por neuronas que expresan somatostatina inhibitoria SOM.
El estudio, dijo Bear, por lo tanto, proporciona un indicador medible externamente de la transición de lo nuevo a lo familiar: el cambio del ritmo cerebral. También ofrece una nueva hipótesis sobre cómo se aplica la memoria de reconocimiento visual: la actividad PV, que inicialmente inhibe el SRPrespuesta eléctrica, eventualmente se vuelve inhibida por la actividad de la MOS.
El laboratorio de Bear está trabajando con el investigador del Boston Children's Hospital, Chuck Nelson, para determinar si las aberraciones en SRP, como esta transición de frecuencia, pueden usarse como un biomarcador temprano de los trastornos del espectro autista.
Misma escena de siempre
En el nuevo estudio, los investigadores mostraron a los ratones la misma imagen simple repetidamente a lo largo de varios días. Mientras medían la respuesta eléctrica de SRP en los ratones, así como los ritmos neuronales. En experimentos paralelos, diseñaron algunos ratones paraque sus neuronas PV o SOM destellarían brillantemente cuando estuvieran activas. Luego, mientras los ratones observaban la imagen, los científicos podían observar esos destellos usando un microscopio de "dos fotones".
El primer día, cuando la imagen era nueva, el espectro de ritmos en la corteza visual estaba dominado por lecturas gamma de mayor frecuencia. A medida que pasaban los días, la potencia gamma disminuía, reemplazada por un aumento constante en la potencia beta de baja frecuencia.Para asegurarse de que no se trataba de una transición no relacionada, el día siete los científicos presentaron una imagen nueva y familiar. Cuando los ratones vieron la nueva, volvieron a mostrar un patrón dominado por la frecuencia gamma. Cuando vieron la misma imagen original anterior,La corteza visual reproducía el patrón de aumento de la potencia beta.
En un análisis de datos posterior, los investigadores encontraron que la disminución de la potencia gamma y el aumento de la potencia beta se correlacionaron significativamente con el crecimiento de SRP de la actividad eléctrica, lo que sugiere que de hecho están vinculados.
"Estos datos son compatibles con la hipótesis de que la misma biología subyacente es responsable de ambas manifestaciones de SRP", escribieron los investigadores.
Los experimentos del microscopio de dos fotones revelaron la diferencia biológica subyacente. Las neuronas fotovoltaicas respondieron fuertemente a las imágenes cuando eran nuevas, pero esa actividad se reemplazó por una actividad de SOM en aumento durante varios días a medida que la imagen se hizo familiar.
Se cree que las neuronas de SOM suprimen las neuronas de PV, dijo Bear, pero para demostrar que la inhibición de PV de SOM es responsable de la memoria de reconocimiento visual, el laboratorio aún necesita realizar más experimentos. Usando optogenética, en la que pueden diseñar neuronas para controlarlas condiferentes colores de luz, pueden manipular las neuronas SOM para ver si apagarlas hace que los ratones consideren las imágenes repetidas como siempre nuevas, o encenderlas hace que los ratones descarten inmediatamente las imágenes nuevas como obsoletas.
Sam Cooke, un ex miembro del laboratorio Bear que ahora es profesor titular en Kings College London es coautor del estudio.
El National Eye Institute, la JPB Foundation y la National Science Foundation proporcionaron fondos para el estudio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Picower en MIT . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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