Neurocientíficos provocan una respuesta de búsqueda de refugio al reactivar el circuito de la memoria

Los hallazgos podrían impulsar nuevas formas de estudiar y tratar la pérdida de memoria humana, incluida la enfermedad de Alzheimer.

Utilizando un sistema de última generación de imágenes cerebrales, neurocientíficos de Johns Hopkins Medicine aseguran que han reactivado con éxito un circuito de memoria específico en ratones, que les hace impulsa a buscar refugio cuando en realidad no existe tal refugio.

Los investigadores expresaron que el estudio, publicado el 27 de septiembre en Nature Neuroscience, avanza en la comprensión de cómo se estructuran los recuerdos en el cerebro de los mamíferos. En el futuro los avances podrían aportar nuevas formas de ralentizar o prevenir la pérdida de memoria que acompaña al Alzheimer y otras enfermedades neurodegenerativas.

Específicamente, el equipo descubrió que estimular las neuronas en dos áreas del cerebro de los ratones: el núcleo accumbens, también conocido como el “centro de placer” del cerebro responsable de transmitir comportamientos dependientes de dopamina, y el gris periacueductal dorsal (dPAG)¹, responsable del comportamiento defensivo, reactivó una “memoria espacial” y provocó que los ratones buscaran refugio.

“Cuando reactivamos artificialmente esos circuitos de memoria en el cerebro, provocamos que el ratón haga lo mismo que hizo de forma natural, incluso sin los estímulos de miedo que, para empezar, les hacen buscar refugio”, señaló el autor principal Hyungbae Kwon, Ph.D., profesor asociado de Neurociencia en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins.

El equipo de científicos involucrados señalaron que su objetivo era mapear qué áreas del cerebro son responsables de navegar en el entorno, una función cognitiva de alto nivel entre los mamíferos, incluidos los humanos. Por lo tanto, estos experimentos, que probaron si tales funciones cerebrales cognitivas pueden reproducirse aleatoriamente, pueden tener aplicaciones para comprender cómo se comportan y perciben su entorno otros mamíferos.

En los nuevos experimentos, los investigadores primero permitieron que ratones de laboratorio exploraran su entorno en una caja con un refugio en una esquina. El equipo colocó una serie de señales visuales, incluidos triángulos, círculos y rayas de diferentes colores, para ayudar a los ratones a localizar el refugio basándose en puntos de referencia cercanos. Los ratones se aclimataron al área durante siete minutos, entrando y saliendo del refugio.

Luego, los investigadores agregaron una señal visual o auditiva inminente para incitarlos a buscar refugio, formando también una memoria espacial relativa a su ubicación y las señales visuales.

Para etiquetar selectivamente las neuronas de la memoria del refugio, los investigadores utilizaron un sistema de conmutación de expresión genética activado por luz llamado Cal-light, que Kwon desarrolló en 2017. Una vez que los científicos identificaron estas neuronas en el núcleo accumbens, activaron la expresión de los genes asociados con ellos, reactivando la memoria de búsqueda de refugio en ratones y al mismo tiempo activando neuronas en el dPAG.

A su vez, los ratones buscaron el área de la caja donde alguna vez estuvo el refugio, cuando ni la amenaza original ni el refugio estaban presentes.

Para llegar a este punto, los investigadores primero activaron selectivamente neuronas en el núcleo accumbens y luego, por separado, en el dPAG, para ver si la activación de neuronas en una sola área del cerebro causaría este comportamiento.

“Sorprendentemente, descubrimos que los ratones no buscaron refugio cuando activamos neuronas sólo en el núcleo accumbens”, dijo Kwon. “Mientras que la activación de las neuronas en el dPAG provocó que los ratones reaccionaran al azar, pero no los guió específicamente al área donde antes buscaban refugio”.

“El sistema Cal-light nos permitió etiquetar selectivamente una función específica en el cerebro, ayudándonos a mapear la memoria a nivel celular”, dice Kwon.

Kwon señaló que con el tiempo, esta investigación podría proporcionar una base para reactivar o diseñar circuitos de memoria en personas con Alzheimer.

“Si entendemos la estructura a nivel macro de la memoria, entonces podremos desarrollar estrategias más efectivas para prevenir o frenar las enfermedades neurodegenerativas utilizando este método”, añadió.

Los investigadores dicen que esperan comprender la estructura de la memoria en todo el cerebro etiquetando y reactivando selectivamente neuronas con diferentes funciones en diferentes áreas del cerebro que conducen a otros comportamientos específicos.

“Comprender cómo funcionan juntos todos estos circuitos de memoria nos ayudará a comprender mejor el funcionamiento del cerebro”, argumentó.

Otros investigadores involucrados en el estudio son Kanghoon Jung, Sarah Krüssel, Sooyeon Yoo, Benjamin Burke, Nicholas Schappaugh, Youngjin Choi y Seth Blackshaw de Johns Hopkins; Myungmo An del Instituto Max Planck de Neurociencia de Florida; y Zirong Gu y Rui M. Costa del Instituto Zuckerman Mind Brain Behavior de la Universidad de Columbia y el Instituto Allen.

• Funder: Max Planck Florida Institute for Neuroscience, National Alliance for Research on Schizophrenia and Depression Young Investigator Grant, NIH/National Institutes of Health.

La financiación para este trabajo fue proporcionada por el Instituto Max Planck de Neurociencia de Florida, una subvención para jóvenes investigadores de la Alianza Nacional para la Investigación sobre la Esquizofrenia y la Depresión y las subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) R01MH107460, 5U19NS104649, K99 NS119788, DK108230 y DP1MH119428.

• El paper Dopamine.mediated formation of a memory module in the nucleus accumbens for goal-directed navigation, fue publicado en Nature Neuroscience

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Funciones del dPAG

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• Modulación del dolor: El dPAG es fundamental en la percepción y regulación del dolor. Participa en el control de las respuestas al dolor y puede influir en la analgesia.
• Respuesta emocional: Esta región está involucrada en la regulación de las emociones, como el miedo y la ansiedad.
• Control de la conducta: El dPAG también está implicado en la coordinación de las respuestas de huida y lucha en situaciones de estrés.

Importancia en la investigación

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• Trastornos del dolor: Se estudia para entender mejor las condiciones relacionadas con el dolor crónico y cómo se pueden desarrollar tratamientos más efectivos.
• Trastornos de ansiedad: Investigar el dPAG puede ayudar a desarrollar nuevas estrategias para tratar trastornos de ansiedad y fobias.

dPAG es de gran interés para las investigaciones en neurociencia y psicología, ya que conecta aspectos fisiológicos y emocionales del comportamiento humano.