El estudio de realidad virtual de ratones da nuevas pistas sobre la memoria

Se está utilizando un nuevo método de investigación que incorpora la realidad virtual y las imágenes cerebrales para aprender cómo el cerebro forma recuerdos a corto plazo que se utilizan en la toma de decisiones.

Los investigadores de la Universidad de Princeton estudiaron a las ratas mientras negociaban un laberinto virtual. Al seguir la actividad cerebral de los ratones, descubrieron patrones secuenciales de actividad neuronal cuando el cerebro tiene un recuerdo.

La investigación anterior se centró en la idea de que las poblaciones de neuronas se activan junto con patrones similares entre sí durante el período de memoria.

Los hallazgos iluminan lo que sucede en el cerebro durante la "memoria de trabajo", cuando la mente almacena información durante cortos períodos de tiempo antes de actuar sobre ella o integrarla con otra información.

La memoria de trabajo es un componente central del razonamiento, la comprensión y el aprendizaje. Se cree que ciertos trastornos cerebrales, como la esquizofrenia, implican déficits en la memoria de trabajo.

“Estudios como este tienen como objetivo comprender los principios básicos de la actividad neuronal durante la memoria de trabajo en el cerebro normal. Sin embargo, el trabajo puede ayudar en el futuro a los investigadores a comprender cómo la actividad podría verse alterada en los trastornos cerebrales que implican déficits en la memoria de trabajo ”, dijo el investigador David Tank, Ph.D.

En el estudio, los patrones de activación neuronal secuencial correspondían a si el ratón giraba hacia la izquierda o hacia la derecha mientras navegaba por un laberinto en busca de una recompensa. Diferentes patrones correspondían a diferentes decisiones tomadas por los ratones, encontraron los investigadores de Princeton.

Los patrones secuenciales de activación neuronal abarcaron el período de aproximadamente 10 segundos que le tomó al ratón formar una memoria, almacenarla y tomar una decisión sobre qué camino tomar. Durante este período, se observó que distintos subconjuntos de neuronas se disparaban en secuencia.

Los investigadores dicen que los hallazgos contrastan con muchos modelos existentes de cómo el cerebro almacena recuerdos y toma decisiones.

La singularidad de las secuencias de giro a la izquierda y a la derecha significó que los experimentos de imágenes cerebrales esencialmente permitieron a los investigadores realizar una forma simple de "lectura de la mente". Al obtener imágenes y examinar la actividad cerebral al principio del recorrido del ratón por el laberinto, los investigadores pudieron identificar la secuencia de actividad neuronal que se estaba produciendo y pudieron predecir de manera confiable en qué dirección giraría el ratón varios segundos antes de que realmente comenzara el giro.

Las secuencias de actividad neuronal descubiertas en el nuevo estudio tienen lugar en una parte del cerebro llamada corteza parietal posterior. Estudios previos en monos y humanos indican que la corteza parietal posterior es una parte del cerebro que es importante para la planificación del movimiento, la atención espacial y la toma de decisiones.

El nuevo estudio es el primero en analizarlo en el ratón. "Esperamos que al usar el ratón como nuestro sistema modelo seremos capaces de utilizar enfoques genéticos poderosos para comprender los mecanismos de los procesos cognitivos complejos", dijo el coautor Christopher Harvey, Ph.D.

Un aspecto único de este estudio fue el uso de la realidad virtual para crear un laberinto, en lugar de un laberinto físico tradicional. Este enfoque se ha estado desarrollando en el laboratorio de tanques durante los últimos años.

Los ratones caminaron y corrieron sobre la superficie de una cinta rodante esférica mientras su cabeza permanecía estacionaria en el espacio, lo que es ideal para imágenes cerebrales. Las vistas generadas por computadora de los entornos virtuales se proyectaron en una pantalla de gran angular que rodeaba la cinta de correr. El movimiento de la esfera producido por el mouse al caminar y girar fue detectado por sensores ópticos en el ecuador de la bola y se utilizó para cambiar la pantalla visual para simular el movimiento a través de un entorno virtual.

Para obtener imágenes del cerebro, los investigadores emplearon un microscopio óptico que usaba luz láser infrarroja para mirar profundamente debajo de la superficie con el fin de visualizar una población de neuronas y registrar su disparo.

El sistema de realidad virtual, combinado con el sistema de imágenes y un sensor de calcio, permitió a los investigadores ver poblaciones de neuronas individuales activadas en el cerebro en funcionamiento. “Es como si estuviéramos abriendo una computadora y mirando dentro de todas las señales para averiguar cómo funciona”, dijo Tank.

Los investigadores admiten que los estudios de poblaciones de neuronas individuales, denominados mediciones de resolución celular, son un desafío porque el cerebro contiene miles de millones de neuronas empaquetadas muy juntas.

La instrumentación desarrollada por el laboratorio Tank es una de las pocas que puede registrar la activación de grupos de neuronas individuales en el cerebro cuando un sujeto está despierto. La mayoría de los estudios de la función cerebral en humanos implican estudiar la actividad en regiones enteras del cerebro utilizando una herramienta como la resonancia magnética (MRI) que promedian en conjunto la actividad de muchos miles de neuronas.

"Los datos revelan con bastante claridad que al menos alguna forma de memoria a corto plazo se basa en una secuencia de neuronas que pasan la información de una a otra, una especie de 'brigada de cubo neuronal'", dijo Christof Koch, un neurocientífico que fue no participa en el estudio.

El estudio ha sido publicado en línea en la revista Naturaleza.

Fuente: Universidad de Princeton