211service.com
Haciendo memorias
Una nueva cepa de ratones modificados genéticamente ha permitido a los investigadores identificar, por primera vez, las conexiones celulares precisas que se forman cuando se crea una memoria. Al rastrear una proteína etiquetada para brillar en verde fluorescente a medida que migra a través de neuronas individuales, desde el cuerpo celular a través de las dendritas ramificadas, los investigadores pudieron ver exactamente qué sinapsis (conexiones con otras neuronas) estaban involucradas cuando los ratones aprendieron a temer una descarga eléctrica. .
Siga el resplandor: al diseñar ratones para fabricar una proteína receptora de glutamato marcada con fluorescencia (que se muestra en verde) en neuronas activas, los investigadores pudieron seguir el camino de la proteína a medida que los ratones aprendían a temer una descarga eléctrica. Los cuerpos celulares neuronales aparecen en azul.
Es un primer paso para visualizar las sinapsis que codifican los recuerdos, dice Stephen Maren , director del programa de posgrado en neurociencias de la Universidad de Michigan , que no participó en la investigación. Realmente no hemos tenido una herramienta como esta para ver la codificación de la memoria a nivel sináptico. Es un artículo emocionante.
Estamos desarrollando técnicas que nos permiten enfocarnos en los sitios físicos reales que están cambiando en el cerebro con el aprendizaje, con una resolución cada vez más fina, dice el investigador principal del estudio. Mark Mayford , profesor asociado de biología celular en la Instituto de Investigación Scripps .
Los neurocientíficos creen que para que se forme una memoria, las conexiones sinápticas individuales deben fortalecerse en respuesta a un estímulo que genera la memoria. Este fortalecimiento es probablemente el resultado de un conjunto específico de proteínas que migran a las sinapsis en un patrón coreografiado con precisión, pero sigue siendo un misterio qué proteínas están involucradas y cómo se dirigen a sus destinos. El nuevo estudio, que aparece en la edición de hoy de Ciencias , es el primero en rastrear una proteína en particular a medida que avanza hacia sinapsis específicas.
Multimedia
Vea imágenes de la proteína brillante mientras viaja a través de las neuronas.
La proteína estudiada es un receptor de glutamato, un neurotransmisor previamente implicado en la formación de la memoria. Los investigadores diseñaron una cepa de ratones para que el receptor de glutamato brille en verde en circunstancias manipulables extremadamente específicas.
Luego, se entrenó a los ratones genéticamente modificados para que esperaran una descarga eléctrica en sus pies cada vez que los colocaran en una caja determinada. El miedo resultante es una memoria muy duradera y muy robusta, dice Mayford. Presumiblemente, dice, las neuronas que se activaron cuando los ratones aprendieron a temer a la caja fueron las responsables de formar la memoria aversiva.
El receptor de glutamato marcado con fluorescencia se modificó para que las neuronas solo lo fabricaran cuando se activaran. Esto permitió al grupo identificar qué neuronas contribuyeron a la formación de la memoria siguiendo el brillo verde.
Además, los investigadores pudieron desactivar por completo todo el sistema de proteínas marcadas mediante la administración del fármaco doxiciclina. Los ratones fueron alimentados con doxiciclina durante toda su vida, hasta la tarea de aprendizaje y nuevamente cuando la tarea terminó. De esta manera, la proteína etiquetada se fabricó solo durante la formación de esta memoria en particular.
Solo captura los eventos que rodean el episodio de aprendizaje, dice Craig Powell , profesor asistente de neurología y psiquiatría en Centro médico de la Universidad de Texas Southwestern , que no participó en la investigación.
El grupo de Mayford siguió el receptor de glutamato brillante mientras migraba a través de las neuronas en una región llamada hipocampo examinando cortes de cerebro en varios puntos de tiempo después de la tarea de aprendizaje. Descubrieron que después de que la proteína se fabricaba en el núcleo, viajaba hacia afuera a través de las muchas dendritas ramificadas de la célula y finalmente se establecía en sinapsis lejanas.
Sorprendentemente, la proteína se alojó preferentemente en un tipo de sinapsis. Las sinapsis vienen en algunos sabores, dependiendo de si están formadas por las llamadas espinas delgadas, rechonchas o en forma de hongo que sobresalen de la célula. El receptor de glutamato marcado migró principalmente a las sinapsis de tipo hongo.
Creo que lo más importante de este estudio es que sugiere que un tipo específico de columna vertebral puede ser más importante para los procesos de aprendizaje y memoria que otros tipos de columna vertebral, dice Powell.
La preferencia del receptor por las sinapsis de tipo hongo sugiere que, al menos en el proceso de formación de una memoria relacionada con el miedo, existe un sistema de tráfico especializado para dirigir las proteínas sinápticas a sus objetivos. Pero qué tipo de bandera molecular se agita para decir: 'Ven aquí y establece tu hogar en mi tipo de sinapsis', no está muy claro, dice Maren.
Otro misterio es por qué el receptor marcado desaparece de las sinapsis después de 72 horas, cuando la memoria persiste por mucho más tiempo. Es casi seguro que otras proteínas y otras áreas del cerebro están involucradas en la formación y mantenimiento de la memoria. La amígdala en particular probablemente juega un papel clave. Si bien el hipocampo es fundamental para codificar información sobre el lugar, en este caso, la caja donde se administraron las descargas, la amígdala parece vincular esa información con la respuesta de miedo producida por las descargas.
El hipocampo probablemente no sea el sitio de almacenamiento final, dice Maren. Si realmente desea ver dónde se codificó la memoria a largo plazo para este tipo de aprendizaje, probablemente desee observar la amígdala.
En investigaciones anteriores de la amígdala utilizando ratones diseñados de manera similar, el grupo de Mayford mostró que las mismas neuronas se activan tanto cuando se forma un recuerdo como cuando se recupera más tarde. En estudios futuros, los investigadores pueden aplicar el nuevo enfoque a una escala más fina para sondear la formación de la memoria en la amígdala.
Mayford también espera utilizar la nueva técnica para dilucidar la estructura precisa de una memoria codificada por el hipocampo, en particular, una memoria de la caja. Planea determinar si puede enseñarle a un ratón que nunca ha recibido una descarga dentro de la caja a temerle. Para hacerlo, activaría las neuronas del hipocampo que codifican la memoria de la caja y luego le daría al ratón una descarga.
Si el experimento tiene éxito, podría ayudar a explicar cómo se representa la caja en el cerebro del ratón. Una de las grandes preguntas en neurociencia, dice Mayford, es, ¿qué se necesita para hacer una representación del entorno externo?