16 septiembre 2009

Papel del sueño en la formación de memoria

ScienceDaily (Sep. 16, 2009) - Un equipo de la universidad de Rutgers, Newark, y el Collège de France, París, ha identificado por primera vez el mecanismo que tiene lugar durante el sueño que hace que se produzca el aprendizaje y la formación de la memoria. La investigación fue realizada en el Collège de France, París, donde Buzsaki trabajó como profesor visitante distinguido en el 2008.

Desde hace más de un siglo se sabe que el sueño, de algún modo, es importante para el aprendizaje y la memoria. Sigmund Freud fue más lejos y sospechó que lo que aprendemos durante el día era "ensayado" por el cerebro durante el sueño, permitiendo que se formen los recuerdos. Y aunque la investigación reciente se ha centrado en indagar los vínculos entre el hipocampo y la consolidación de la memoria, aún no se han identificado los procesos específicos que causan la memoria de largo plazo.

De acuerdo a una publicación en la revista Nature Neuroscience, György Buzsaki, profesor del Centro de Neurociencia Molecular y del Comportamiento de la Universidad Rutgers, en Newark, y los co-investigadores Gabrielle Girardeau, Karim Benchenane, Sidney Wiener y Michael Zugaro, del Colegio de Francia, han determinado que hay ciertos eventos cerebrales breves y transitorios llamados "ondulaciones de onda aguda
" que son responsables de la consolidación de la memoria y la transferencia de la información adquirida en el hipocampo a la corteza cerebral, donde se almacena la memoria a largo plazo.

Las ondulaciones de onda aguda son oscilaciones intensas comprimidas que se producen en el hipocampo cuando éste está trabajando "off-line" durante la cuarta etapa del sueño, que, junto con la tercera fase, es el nivel más profundo del sueño.

De acuerdo a Buzsaki, durante la cuarta etapa del sueño "es como si muchos instrumentos y  miembros de una orquesta se uniesen para generar un sonido tan fuerte que es escuchada por amplias zonas de la corteza cerebral. Estos agudos y 'fuertes' eventos transitorios se producen cientos o miles de veces durante el sueño y le "enseñan" a la corteza cerebral cómo formar una memoria de largo plazo, un proceso denominado consolidación de la memoria. "La intensidad y la ocurrencia de varias de esas ondas también explicarían por qué ciertos acontecimientos, que ocurren sólo una vez en estado de vigilia, pueden ser recordado para toda la vida"

Los investigadores fueron capaces de señalar que las oscilaciones de onda aguda son la causa de la formación de la memoria mediante la eliminación de los acontecimientos de onda en las ratas durante el sueño. Las ratas fueron entrenadas en una tarea de navegación espacial y luego se deja a dormir después de cada sesión. Las ratas a las que se les habían eliminado
selectivamente todos los eventos de onda por estimulación eléctrica se vieron obstaculizadas en su capacidad de aprender del entrenamiento, dado que la información comprimida no pudo salir el hipocampo y ser transferencia a la corteza cerebral.

La identificación de un patrón específico en el cerebro responsable de reforzar la información aprendida podría facilitar la investigación para el tratamiento eficaz de los trastornos de memoria. "Esto demuestra que si un patrón bien definido de actividad cerebral es factible de ser eliminado de forma selectiva, se puede producir un déficit de memoria, lo que es una demostración de que este patrón específico del cerebro es la causa de la formación de memoria de largo plazo", dice Buzsaki



Traducido por Rubén Carvajal Santana
Referencias:
Buzsaki G, Chen LS. et al. Spatial organization of physiological activity in the hippocampal region: relevance to memory formation. Prog Brain Res. 1990; 83: 25768. [PubMed]
Buzsaki G, Draguhn A. Neuronal oscillations in cortical networks. Science. 2004; 304(5679): 19261929. [PubMed]

15 septiembre 2009

Neuronas eficientes

Neurons Go Green (Neuronas ecológicas)
Por Cassandra Willyard - Traducción: Rubén Carvajal Santana
ScienceNOW Daily News
10 de septiembre de 2009


 Credit: © Sebastian Kaulitzki/iStockphoto

El cerebro humano es un glotón, sus células consumen el 20% de la energía de nuestro cuerpo a pesar de que sólo representan el 2% de nuestra masa. Sin embargo, una reciente investigación sugiere que, de toda esa energía, poca se usa para alimentar las señales eléctricas del cerebro. De hecho, estos impulsos viajan de una manera mucho más eficaz de lo que se pensaba anteriormente.

En 1939, los fisiólogos británicos Alan Hodgkin y Andrew Huxley hicieron el primer intento por averiguar cómo las neuronas transmiten las señales eléctricas, conocidas como potenciales de acción. Dado que la mayoría de las neuronas son pequeñas - en los seres humanos, un milímetro cúbico de materia gris puede contener 40.000 neuronas - los investigadores decidieron utilizar los calamares, que contienen un axón gigante, es decir, la parte larga y fina de una neurona a través del cual viajan los potenciales de acción. Los registros eléctricos de Hodgkin y Huxley ayudaron a desarrollar un modelo de cómo se mueven los potenciales de acción a través de las neuronas, trabajo por el que ganaron el Premio Nobel de Medicina y Fisología de 1963.

Según el modelo de Hodgkin y Huxley, la energía necesaria para transmitir un potencial de acción en el axón gigante del calamar es de tres a cuatro veces mayor que la que sería necesaria si el axón fuese perfectamente eficiente. Eso significa que el axón es aproximadamente un 25% a 30% eficiente, más o menos lo mismo que un motor de automóvil. Este número ha sido aceptado por décadas, pero nunca le pareció muy lógico a Henrik Alle, un neurocientífico del Instituto Max Planck para la Investigación Cerebral en Frankfurt, Alemania. "Uno podría pensar intuitivamente que la naturaleza trata de optimizar una señal tan importante", dice, para que sea de la máxima eficiencia energética posible.

Alle y sus colegas decidieron volver a examinar la cuestión de la eficiencia utilizando las neuronas de los mamíferos. Los investigadores registraron las corrientes que pasaban a través de las neuronas asociadas con los centros de la memoria y el aprendizaje en cerebros de ratas, con una técnica fuera del alcance de Hodgkin y Huxley, llamada el método de patch-clamp.

Después de analizar los datos, los investigadores encontraron que estos potenciales de acción viajan a través de neuronas de la rata de dos a tres veces más eficientemente que en el modelo de Hodgkin y Huxley. En lugar de ser el 30% de eficiencia, el proceso es de aproximadamente de 70% a 80% de eficiencia, según un trabajo publicado en la revista Current Opinion in Neurobiology


¿Por qué esa gran diferencia? En el modelo de Hodgkin y Huxley, los iones positivos y negativos que generan los potenciales de acción parecen estar luchando entre sí: los iones de sodio positivos se precipitan dentro de la célula en la medida en que los iones positivos de potasio salen de la misma. Es como si alguien "pisase el acelerador y el freno al mismo tiempo", dice Michael Hausser, neurocientífico de la University College London del Reino Unido que no participó en la investigación. 

Alle y sus colegas encontraron que, en las neuronas de rata, la apertura de un canal de iones sigue a la apertura de otro. El potasio no sale sino hasta que el sodio casi ha terminado de entrar. Primero viene el acelerador, y luego el freno, lo cual es indicativo de un proceso mucho más eficiente.

En cuanto a cómo el cerebro usa el resto de su energía, Alle dice que cerca de la mitad se usa para mantener vivas a las neuronas. El resto se utiliza para el cálculo. Sus resultados sugieren que se usa más energía para transportar señales de una neurona a otra que para trasladar las señales eléctricas a lo largo del axón.

"Este trabajo refuerza la idea de que la naturaleza ha trabajado muy duro para hacer quela señalización del potencial de acción sea casi tan eficaz como el límite teórico", dice Häusser. Alle cree que el hecho de conocer la cantidad de energía que es utilizada por el cerebro en sus diferentes actividades, podrá ayudar a los científicos a comprender mejor cómo es almacenada la información en el cerebro.