Los neurocientíficos de la UCL (London´s Global University) han utilizado luz en formato rayos láser para «encender» las neuronas en ratones, proporcionando una nueva perspectiva sobre el funcionamiento oculto de la memoria y mostrando cómo los recuerdos sustentan el sistema GPS interno del cerebro.

El estudio, publicado en la revista Cell, explica cómo los investigadores aprovecharon un enfoque ‘totalmente óptico’ utilizando láseres gemelos para leer y escribir simultáneamente la actividad de células de lugar (un tipo de neurona) en ratones, mientras navegaban por una realidad virtual.

Sorprendentemente, al estimular las células del lugar, los científicos pudieron reactivar (o recuperar) la memoria de un lugar donde los ratones obtuvieron una recompensa, lo que a su vez «teletransportó mentalmente» a los ratones, lo que hizo que actuaran como si estuvieran en el sitio.

Esta nueva investigación se basa en el trabajo innovador del profesor John O’Keefe (UCL Cell & Developmental Biology), quien ganó el Premio Nobel en 2014 por descubrir células de lugar. Estas células se encuentran en una región del cerebro llamada hipocampo y solo se activan cuando un animal ingresa a una ubicación específica en el medio ambiente.

Se cree que las células de lugar representan un mapa cognitivo del entorno, como un GPS interno, y retienen la memoria de ubicación. El nuevo estudio de la UCL es el primero en mostrar directamente que la actividad de las células del lugar subyace a la capacidad del cerebro para navegar.

Los resultados proporcionan una comprensión más profunda de cómo se almacenan los recuerdos, y los científicos de UCL creen que los hallazgos podrían ayudarnos a desarrollar nuevas terapias para afecciones como la demencia y la enfermedad de Alzheimer, que afectan la memoria.

El primer autor, el Dr. Nick Robinson (Instituto Wolfson de Investigación Biomédica de la UCL) dijo: “Estos resultados proporcionan evidencia causal directa de que los ratones usan la información representada por la actividad de las células del lugar para guiar su comportamiento. En otras palabras, las células de lugar realmente le dicen al ratón dónde está, y los ratones realmente ‘escuchan’ sus células de lugar cuando toman decisiones. Esto proporciona nuevos conocimientos sobre cómo se almacenan los recuerdos en el cerebro, así como nuevas herramientas para manipular estos recuerdos para influir en el comportamiento «.

Añadió: “Los trastornos de la memoria, como la demencia y el Alzheimer, representan un costo enorme para la sociedad. Este trabajo puede eventualmente conducir a una mejor comprensión de estas enfermedades, así como a nuevos objetivos para la intervención terapéutica ”.

El autor principal, el profesor Michael Hausser (Instituto Wolfson de Investigación Biomédica de la UCL) dijo: «Este estudio cambia las reglas del juego, ya que muestra que podemos utilizar la lectura óptica y la escritura de la actividad en neuronas específicas para manipular recuerdos, lo que nos permite comprender mejor y potencialmente mejorar: cómo la actividad del circuito neuronal nos ayuda a tomar decisiones «.

El estudio experimental explicó

Los investigadores del Instituto Wolfson de Investigación Biomédica de la UCL aprovecharon un enfoque poderoso que combina dos tecnologías revolucionarias para usar la luz para leer y escribir la actividad eléctrica en el cerebro.

Primero, diseñaron neuronas para expresar sensores de calcio codificados genéticamente, que permiten que las células se iluminen cuando están activas. En segundo lugar, expresaron proteínas «optogenéticas» sensibles a la luz en las mismas neuronas, lo que les permitió activar células específicas con rayos de luz láser, dirigidos mediante holografía digital (la misma tecnología que se utiliza en un espectáculo de luz láser).

Al combinar estas dos técnicas, el equipo pudo registrar y manipular la actividad en las mismas neuronas en el cerebro de un ratón que navega en la realidad virtual.

Los científicos de UCL utilizaron este enfoque para realizar la activación dirigida de células de lugar en el hipocampo en ratones que navegaban a una ubicación específica dentro del mundo virtual para recolectar una recompensa de agua azucarada. Primero registraron ópticamente la actividad de un gran número de células del lugar del hipocampo, identificando aquellas que estaban activas específicamente en la ubicación recompensada y que, por lo tanto, podrían formar la base de la memoria para esa ubicación. Luego usaron rayos láser holográficamente dirigidos para activar estas células de lugar específicas en una ubicación diferente en el mundo virtual.

Sorprendentemente, la estimulación de las células del lugar fue suficiente para recuperar la memoria de la ubicación recompensada, lo que llevó al ratón a buscar la recompensa en la nueva ubicación. En otras palabras, la estimulación de las neuronas con luz “teletransporta mentalmente” al animal, haciendo que actúe como si estuviera en el lugar premiado. Esta es la primera demostración de cómo la activación de las células del lugar nos permite recuperar recuerdos de nuestro entorno y nos ayuda a navegar.

La financiación para este estudio fue proporcionada por Wellcome, la Fundación Benéfica Gatsby, la Comisión Europea, la Organización Europea de Biología Molecular, el Consejo de Investigación Médica y el Consejo Europeo de Investigación.

Crédito imágenes: UCL