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El cerebro contiene miles y miles de interconexiones entre sus neuronas, que están separadas por un pequeño espacio que se conoce como sinapsis. Es aquí donde la transmisión de información pasa de neurona a neurona

Ya hace un tiempo se ha visto que la actividad de la sinapsis no es estática, es decir, que no es igual siempre. Puede verse potenciada o disminuida como consecuencia a estímulos externos, como por ejemplo cosas que vivimos. Esta cualidad de poder modular la sinapsis se conoce como plasticidad cerebral o neuroplasticidad.

Hasta ahora, se ha venido suponiendo que esta capacidad de modular las sinapsis participa de forma activa en dos actividades tan importantes para el desarrollo del cerebro como son el aprendizaje y la memoria. Digo hasta ahora, ya que existe una nueva corriente alternativa a este esquema explicativo, según la cual para entender el funcionamiento de la memoria las sinapsis no son tan importantes como se viene creyendo normalmente.

La historia de las sinapsis

Gracias a Ramón y Cajal, sabemos que las neuronas no forman un tejido unificado, sino que todas ellas están separadas por espacios interneuronales, unos lugares microscópicos que más tarde Sherrington llamaría “sinapsis”. Décadas después, el psicólogo Donald Hebb ofrecería una teoría según la cual las sinapsis no son siempre iguales en el tiempo y pueden ser moduladas, es decir, hablaba de lo que conocemos como neuroplasticidad: dos o más neuronas pueden hacer que la relación entre ellas se consolide o se degrade, haciendo que ciertas vías de comunicación sean más frecuentes que otras. Como dato curioso, cincuenta años antes de postular esta teoría, Ramón y Cajal dejó evidencia de la existencia de esta modulación en sus escritos.

Hoy conocemos dos mecanismos que se usan en el proceso de la plasticidad cerebral: la potenciación a larga plazo (LTP), que se trata de una intensificación de la sinapsis entre dos neuronas; y la depresión a largo plazo (LTD), que es todo lo contrario a la primera, es decir, una reducción de la transmisión de información.

Memoria y neurociencia, pruebas empíricas con controversia

El aprendizaje es el proceso por el cual asociamos cosas y sucesos de la vida para adquirir nuevos conocimientos. La memoria es la actividad de mantener y retener estos conocimiento aprendidos a lo largo del tiempo. A lo largo de la historia se han realizado cientos de experimentos en busca de cómo el cerebro realiza estas dos actividades.

Un clásico en esta investigación es el trabajo de Kandel y Siegelbaum (2013) con un pequeño invertebrado, el caracol marino conocido como Aplysia. En esta investigación, vieron que cambios en la conductividad sináptica eran generados como consecuencia a cómo responde el animal al ambiente, demostrando que la sinapsis está implicada en el proceso de aprender y memorizar. Pero un experimento más reciente con Aplysia realizado por Chen et al. (2014) ha encontrado algo que choca con las conclusiones a las que se llegó anteriormente. El estudio revela que la memoria a largo plazo persiste en el animal en funciones motoras después de que la sinapsis haya sido inhibida mediante fármacos, poniendo en duda la idea de que la sinapsis participa en todo el proceso de memoria.

Otro caso que apoya esta idea surge del experimento propuesto por Johansson et al. (2014). En esta ocasión se estudiaron las células de Purkinje del cerebelo. Estas células tienen entre sus funciones la de controlar el ritmo de los movimientos, y siendo estimuladas de forma directa y bajo una inhibición de sinapsis mediante fármacos, contra todo pronóstico, seguían marcando el ritmo. Johansson sacó como conclusión que su memoria no está influida por mecanismos externos, y que son las propias células de Purkinje por sí solas quienes controlan el mecanismo de forma individual, independientemente de las influencias de las sinapsis.

Por último, un proyecto realizado por Ryan et al. (2015) sirvió para demostrar que la fuerza de la sinapsis no es un punto crítico en la consolidación de la memoria. De acuerdo a su trabajo, al inyectar inhibidores de proteína en animales se produce una amnesia retrógrada, es decir, no pueden retener nuevo conocimiento. Pero si en esta misma situación, aplicamos pequeños destellos de luz que estimulan la producción de ciertas proteínas (método conocido como optogenética), sí que se puede retener la memoria a pesar del bloqueo químico inducido.

Aprendizaje y memoria, ¿mecanismos unidos o independientes?

Para poder memorizar algo, primero tenemos que aprender sobre él. No sé si es por ello, pero la actual literatura neurocientífica tiende a juntar estos dos términos y los experimentos en los que se basan suelen tener una conclusión ambigua, que no permite distinguir entre proceso de aprendizaje y de memoria, haciendo difícil comprender si usan un mecanismo común o no.

Un buen ejemplo es el trabajo de Martin y Morris (2002) en el estudio del hipocampo como centro de aprendizaje. La base de la investigación se centraba en los receptores de N-Metil-D-Aspartato (NMDA), proteína que reconoce el neurotransmisor glutamato y que participa en la señal LTP. Demostraron que sin una potenciación de larga duración en células del hipotálamo, es imposible aprender nuevos conocimientos. El experimento consistía en administrar bloqueantes del receptor NMDA en ratas, las cuales se dejan en un bidón de agua con una balsa, siendo incapaces de aprender la localización de la balsa repitiendo la prueba, a diferencia de las ratas sin inhibidores.

Posteriores estudios revelan que si la rata recibe un entrenamiento previo a la administración de los inhibidores, la rata “compensa” la pérdida del LTP, es decir, tiene memoria. La conclusión que se quiere mostrar es que el LTP participa de forma activa en el aprendizaje, pero no está tan claro que lo haga en la recuperación de información.

La implicación de la plasticidad cerebral

Existen muchos experimentos que demuestran que la neuroplasticidad participa activamente en la adquisición de nuevos conocimientos, por ejemplo el caso anteriormente mencionado o en la creación de ratones transgénicos en los que se elimina el gen de la producción de glutamato, lo cual dificulta de manera severa el aprendizaje del animal.

En cambio, su papel en la memoria empieza a ponerse más en duda, como has podido leer con unos cuantos ejemplos citados. Ha comenzado a surgir una teoría de que el mecanismo de la memoria se encuentra dentro de las células en vez de en las sinapsis. Pero como indica el psicólogo y neurocientífico Ralph Adolph, la neurociencia resolverá cómo funciona el aprendizaje y la memoria en los próximos cincuenta años, es decir, solo el tiempo lo aclara todo.

Referencias bibliográficas:

  • Chen, S., Cai, D., Pearce, K., Sun, P. Y.-W., Roberts, A. C., y Glanzman, D. L. (2014). Reinstatement of long-term memory following erasure of its behavioral and synaptic expression in Aplysia. eLife 3:e03896. doi: 10.7554/eLife.03896.
  • Johansson, F., Jirenhed, D.-A., Rasmussen, A., Zucca, R., y Hesslow, G. (2014). Memory trace and timing mechanism localized to cerebellar Purkinje cells. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 111, 14930–14934. doi: 10.1073/pnas.1415371111.
  • Kandel, E. R., y Siegelbaum, S. A. (2013). “Cellular mechanisms of implicit memory storage and the biological basis of individuality,” en Principles of Neural Science, 5th Edn., eds E. R. Kandel, J. H. Schwartz, T. M. Jessell, S. A. Siegelbaum, y A. J. Hudspeth (New York, NY: McGraw-Hill), 1461–1486.
  • Martin, S. J., y Morris, R. G. M. (2002). New life in an old idea: the synaptic plasticity and memory hypothesis revisited. Hippocampus 12, 609–636. doi: 10.1002/hipo.10107.
  • Ryan, T. J., Roy, D. S., Pignatelli, M., Arons, A., y Tonegawa, S. (2015). Engram cells retain memory under retrograde amnesia. Science 348, 1007–1013. doi: 10.1126/science.aaa5542.