Cómo el cerebro codifica realmente la memoria

Investigadores de la Universidad de Monash, en colaboración con la Fundación Europea de Biostasis y Apex Neuroscience, han revelado que, aunque la mayoría de los neurocientíficos coinciden en que los recuerdos a largo plazo dependen principalmente de patrones de conectividad neuronal, persisten importantes incertidumbres respecto a cómo se codifican estructuralmente estos recuerdos.

El cerebro puede retener recuerdos durante días, meses e incluso décadas, mediante mecanismos que resultan esquivos para quienes están a la vanguardia de la neurociencia. La memoria a largo plazo permite a los animales moldear comportamientos al vincular experiencias pasadas con contextos presentes. Hay recuerdos frágiles, como recordar el nombre de alguien que acabas de conocer o el lugar donde se dejaron las llaves, que aparentemente escapan a la captura de datos del cerebro. Y hay recuerdos duraderos que pueden sobrevivir a periodos de inactividad y disrupción neuronal global, lo que indica que no se requiere actividad neuronal continua para mantener la información almacenada.

Las distinciones entre la formación y el recuerdo de la memoria también sugieren que los cambios estructurales estables, más que los procesos bioquímicos transitorios, sustentan la retención a largo plazo. Durante el último siglo, se han propuesto numerosos candidatos como la base física del almacenamiento de la memoria. Las alteraciones estructurales abarcan un amplio espectro, desde modificaciones de proteínas individuales y canales iónicos hasta cambios a gran escala en la conectividad sináptica.

Los mecanismos propuestos incluyen ajustes de la fuerza sináptica, sinaptogénesis, modificaciones moleculares intracelulares, cambios en la excitabilidad neuronal y alteraciones en la mielinización o en los componentes de la matriz extracelular.

Algunos investigadores afirman que los conjuntos de conexiones sinápticas forman una huella definitiva de la memoria. La evidencia derivada de perturbaciones como la hipotermia, donde las estructuras neuronales finas desaparecen transitoriamente sin pérdida de memoria, plantea dudas sobre la exclusividad de los conjuntos sinápticos como sustratos de la memoria. Muchos de los mecanismos propuestos pueden coexistir, colaborar o compensarse entre sí, lo que complica los esfuerzos por aislar una estructura física singular que explique cómo se almacena la memoria.

Después de 100 años de estudio, los neurocientíficos no llegan a un consenso sobre qué características neurofisiológicas codifican los recuerdos a largo plazo : si existe una escala estructural entre los detalles moleculares y las características macroscópicas del cerebro, y si la memoria depende de estados moleculares precisos o de patrones más burdos de conectividad, lo que deja al campo en un estado persistente de incertidumbre.

En el estudio realizaron una encuesta a neurocientíficos sobre las bases estructurales de la memoria a largo plazo, los investigadores diseñaron una encuesta para medir el consenso de los expertos con respecto a los fundamentos físicos de la memoria con preguntas sobre la preservación y extracción de la memoria.

Una mayoría del 70% estuvo de acuerdo en que los cambios duraderos en la conectividad neuronal y la fuerza sináptica constituyen principalmente la base estructural de las memorias a largo plazo, a diferencia de los detalles moleculares o subcelulares.

Cuando preguntaron qué detalles físicos deberían medirse para decodificar una memoria específica a largo plazo de un cerebro estático y preservado, el consenso aumentó con la escala y la resolución. La mayoría de los encuestados consideró que es necesario capturar los tipos y las ubicaciones precisas de las biomoléculas individuales. Casi todos coincidieron en que las estructuras subcelulares de ~500 nm o más son indispensables, mientras que los detalles atómicos o cuánticos se consideraron generalmente innecesarios para decodificar la memoria.

Pasando a las implicaciones prácticas, el estudio investigó si los métodos actuales de preservación del cerebro podrían algún día permitir la decodificación de la memoria. La encuesta reveló una mediana del 41% de probabilidad de creer que los cerebros preservados mediante criopreservación estabilizada con aldehído (ASC) conservan suficiente información para decodificar algunos recuerdos a largo plazo. Las respuestas mostraron una distribución bimodal con picos cercanos al 10% y al 75%, lo que sugiere una marcada división de opiniones entre los encuestados.Los participantes estimaron una probabilidad media del 40% de que se pudiera crear una emulación de cerebro completo a partir de un cerebro preservado con ASC sin registros electrofisiológicos previos, cifra que aumentaba al 62% si dichos registros estuvieran disponibles de antemano. Curiosamente, ni la formación en investigación (experimental versus computacional) ni el nivel de experiencia influyeron significativamente en las perspectivas de los encuestados. Los investigadores expertos en memoria se mostraron algo más escépticos respecto a la decodificación de recuerdos de cerebros preservados, pero la diferencia no fue estadísticamente significativa.

Los participantes predijeron cuándo podrían lograrse emulaciones de cerebro completo, estimando plazos promedio para diversas especies. Las predicciones que convergen en las emulaciones de cerebro completo del gusano Caenorhabditis elegans sugieren que probablemente se lograría para 2045, en ratones para 2065 y en humanos para 2125.

La mayoría de los neurocientíficos respaldan la idea de que la memoria a largo plazo reside en características estructurales estables del cerebro, que implican principalmente cambios duraderos en la conectividad neuronal y la fuerza sináptica. Sin embargo, persiste un desacuerdo sustancial sobre qué características neurofisiológicas específicas o a qué escala espacial se encuentran los sustratos físicos críticos del almacenamiento de la memoria a largo plazo.

Las estimaciones sobre la viabilidad teórica de decodificar recuerdos de cerebros preservados o crear emulaciones de cerebros completos variaron ampliamente, lo que indica cuestiones fundamentales sin resolver. Según los investigadores, la ausencia de consenso dentro de la neurociencia no es en sí un problema, sino el resultado de investigaciones que se han lanzado en diferentes direcciones en un intento de llenar las profundas lagunas en el conocimiento neurocientífico sobre la base física de la memoria. Los avances en las tecnologías de observación y la neurociencia computacional podrían en última instancia aclarar estas ambigüedades dispares.

El estudio fue publicado en la revista PLOS One.