Los ritmos neuronales impactan la memoria
El cerebro aprende a través de cambios en la fuerza de sus sinapsis, las conexiones entre neuronas, en respuesta a estímulos. Ahora, en un descubrimiento que desafía la sabiduría convencional sobre los mecanismos cerebrales del aprendizaje, los neurofísicos de UCLA han descubierto que existe un “ritmo” o frecuencia cerebral óptimo para cambiar la fuerza sináptica.
Y, como las estaciones en un dial de radio, cada sinapsis se sintoniza en una frecuencia óptima diferente para el aprendizaje.
Los investigadores creen que los hallazgos pueden conducir a una teoría unificada de los mecanismos que subyacen al aprendizaje en el cerebro, un descubrimiento que podría conducir a nuevas terapias para tratar las discapacidades del aprendizaje.
El estudio aparece en el número actual de la revista Fronteras en neurociencia computacional.
"Mucha gente tiene trastornos del aprendizaje y la memoria, y más allá de ese grupo, la mayoría de nosotros no somos Einstein o Mozart", dijo Mayank R. Mehta, Ph.D., autor principal del artículo. "Nuestro trabajo sugiere que algunos problemas con el aprendizaje y la memoria se deben a que las sinapsis no están sintonizadas en la frecuencia correcta".
Un cambio en la fuerza de una sinapsis en respuesta a estímulos, conocido como plasticidad sináptica, se induce a través de los llamados "trenes de picos", una serie de señales neuronales que ocurren con frecuencia y tiempo variables.
Los experimentos anteriores utilizaron cientos de picos consecutivos en el rango de muy alta frecuencia para inducir plasticidad. Sin embargo, este no es el caso cuando el cerebro se activa durante las tareas de comportamiento de la vida real, ya que las neuronas disparan solo alrededor de 10 picos consecutivos, no varios cientos. Y lo hacen a una frecuencia mucho más baja, generalmente en el rango de 50 picos por segundo.
Hasta ahora, los investigadores no habían podido realizar experimentos que simularan niveles más naturales.
En el nuevo estudio, Mehta y el coautor Arvind Kumar, Ph.D., pudieron obtener estas medidas por primera vez utilizando un modelo matemático sofisticado que desarrollaron y validaron con datos experimentales.
Al contrario de lo que se suponía anteriormente, Mehta y Kumar descubrieron que cuando se trata de estimular las sinapsis con patrones de picos naturales, estimular las neuronas en las frecuencias más altas no era la mejor manera de aumentar la fuerza sináptica.
"Para nuestra sorpresa, encontramos que más allá de la frecuencia óptima, el fortalecimiento sináptico en realidad disminuyó a medida que las frecuencias aumentaron".
El conocimiento de que una sinapsis tiene una frecuencia preferida para un aprendizaje máximo llevó a los investigadores a comparar las frecuencias óptimas en función de la ubicación de la sinapsis en una neurona.
Las neuronas tienen forma de árbol, siendo el núcleo la base del árbol, las dendritas se asemejan a las ramas extensas y las sinapsis se asemejan a las hojas de esas ramas.
Cuando Mehta y Kumar compararon el aprendizaje sináptico en función de dónde se ubicaban las sinapsis en las ramas dendríticas, lo que encontraron fue significativo: la frecuencia óptima para inducir el aprendizaje sináptico cambió dependiendo de dónde se ubicaba la sinapsis. Cuanto más lejos estaba la sinapsis del cuerpo celular de la neurona, mayor era su frecuencia óptima.
"Increíblemente, cuando se trata de aprender, la neurona se comporta como una antena gigante, con diferentes ramas de dendritas sintonizadas en diferentes frecuencias para un aprendizaje máximo", dijo Mehta.
Los investigadores encontraron que no solo cada sinapsis tiene una frecuencia preferida para lograr un aprendizaje óptimo, sino que para obtener el mejor efecto, la frecuencia debe ser perfectamente rítmica, cronometrada en intervalos exactos. Incluso en la frecuencia óptima, si el ritmo se desviaba, el aprendizaje sináptico se reducía sustancialmente.
Su investigación también mostró que una vez que una sinapsis aprende, su frecuencia óptima cambia. En otras palabras, si la frecuencia óptima para una sinapsis ingenua, una que aún no ha aprendido nada, fuera, digamos, 30 picos por segundo, después de aprender, esa misma sinapsis aprendería de manera óptima a una frecuencia más baja, digamos 24 picos por segundo. . Por lo tanto, el aprendizaje en sí cambia la frecuencia óptima para una sinapsis.
Este proceso de "desafinación" inducido por el aprendizaje tiene implicaciones importantes para el tratamiento de trastornos relacionados con el olvido, como el trastorno de estrés postraumático, dijeron los investigadores.
Aunque se necesita mucha más investigación, los hallazgos plantean la posibilidad de que se puedan desarrollar medicamentos para "reajustar" los ritmos cerebrales de personas con trastornos del aprendizaje o de la memoria, o que muchos más de nosotros podríamos convertirnos en Einstein o Mozart si se lograra el ritmo cerebral óptimo. a cada sinapsis.
"Ya sabemos que existen drogas y estímulos eléctricos que pueden alterar los ritmos cerebrales", dijo Mehta. "Nuestros hallazgos sugieren que podemos utilizar estas herramientas para ofrecer el ritmo cerebral óptimo a las conexiones específicas para mejorar el aprendizaje".
Fuente: UCLA
