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Archivos de memoria: cómo el cerebro codifica y reproduce recuerdos



Por un lado, el cerebro humano es bastante comprensible, por otro lado, está lleno de acertijos y preguntas para las que aún no hay respuestas. Y aquí todo es lógico, dado que este sistema es extremadamente complejo tanto desde el punto de vista de la arquitectura como desde el punto de vista de los procesos en curso y la relación entre ellos. Si comparamos el cerebro con una computadora en clásicos, además de procesar la información, también realiza su almacenamiento. Cualquier recuerdo se elimina de los archivos de memoria bajo la influencia de algún tipo de estímulo: un aroma familiar, melodía, palabras, etc. Sin embargo, la pregunta sigue siendo: ¿dónde está este archivo y qué contribuye a su apertura? Los científicos del NINDS (Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares) examinaron los cerebros de los pacientes con epilepsia resistente a los medicamentos para identificar y tratar de explicar los mecanismos para extraer recuerdos. Entonces, ¿cómo recordamos¿Qué sucede en el cerebro en este momento y por qué el estudio se realizó con la participación de pacientes con epilepsia? Aprendemos sobre esto del informe de los científicos. Vamos.

Base de estudio


En primer lugar, vale la pena señalar que los pacientes con epilepsia, que no es susceptible al tratamiento farmacológico (desafortunadamente, los medicamentos no pueden controlar las convulsiones), son participantes en otro estudio en el que los electrodos están conectados quirúrgicamente a su cerebro para identificar los mecanismos de ocurrencia de las convulsiones.

La presencia de estos electrodos permite un estudio paralelo de la memoria, ya que la conexión entre esta enfermedad y la memoria es bastante curiosa. Los investigadores recuerdan que en 1957, una parte del cerebro fue extraída de un determinado paciente con epilepsia para salvarlo de los ataques. Pero el procedimiento tuvo un efecto secundario grave: el paciente ya no podía formar nuevos recuerdos, es decir, Perdió el mecanismo de la memoria episódica.

Desde entonces, ha surgido la teoría de que los recuerdos episódicos se conservan o codifican como estructuras (patrones) de actividad neuronal. Cuando una persona se enfrenta a algún tipo de estímulo (un olor, sonido, etc.), el cerebro reproduce esta actividad, lo que le permite recordar algo relacionado con este estímulo. Esto recuerda la reproducción de un registro en el que se grabó la memoria, y en este caso los estímulos externos sirven como la aguja del jugador. Sin embargo, no importa cuán hermosa sea la analogía, el mecanismo mismo de este proceso sigue siendo poco conocido.

Anteriormente, ya se realizó un estudio destinado a explicar los mecanismos para extraer recuerdos. Los ratones actuaron como sujetos experimentales y los científicos pudieron determinar que el cerebro puede almacenar recuerdos en secuencias únicas de potenciales de acción *.
* — , , .
Los científicos decidieron verificar la confiabilidad de los resultados de la investigación en roedores realizando los mismos estudios en el cerebro humano. Las observaciones de la actividad cerebral de roedores, en particular el lóbulo temporal medial, mostraron que las neuronas individuales generan impulsos en secuencias cuando los animales estudian el medio ambiente (en una cámara de prueba), y que estas secuencias se reproducen durante el descanso (cuando el animal no está durmiendo, sino de una actividad física particular) no) y durante el sueño.

La reproducción de las secuencias de actividad máxima se interpretó como extracción y consolidación de la memoria, así como parte del mecanismo de planificación. Pero esto es todo en ratones, con los humanos las cosas pueden ser completamente diferentes.

Las secuencias neuronales reproducidas en el lóbulo temporal medial de los ratones están asociadas con fluctuaciones rápidas, que se denominan "ondas". Las ondas también están relacionadas con la extracción de memoria episódica en humanos. Por lo tanto, las ondas pueden en teoría estar asociadas con reproducciones repetidas relevantes para la memoria de la actividad máxima en el cerebro humano.

Resultados de la investigacion


Para probar las teorías, los científicos realizaron un estudio sobre la relación entre las ondas corticales y la actividad máxima de las neuronas individuales. Los sujetos fueron 6 personas (4 hombres y 2 mujeres, edad promedio 34.8 ± 4.7 años).


Imagen No. 1

Las principales herramientas para recopilar información fueron: matriz de microelectrodos (MEA) para recopilar datos sobre los potenciales de acción de las neuronas individuales y el campo micro-local * desde el lóbulo temporal anterior; electrocorticograma (iEEG) para recoger señales de macroescala de electrodos subdurales ubicados sobre la corteza temporal lateral y a lo largo del lóbulo temporal medial ( 1A y 1B ).
Los potenciales del campo local * son señales eléctricas temporales generadas en los tejidos nerviosos y otros a través de la actividad eléctrica total y sincrónica de células individuales (por ejemplo, neuronas) en este tejido.
Las señales IEEG detectaron vibraciones de tipo ondulación en MTG y MTL, así como cualquier conexión potencial entre regiones cerebrales.
MTL : lóbulo temporal medial del cerebro;
MTG es el giro temporal medio.
Las ondas presentes en las grabaciones de electrocorticograma del lóbulo temporal medial fueron acompañadas por ondas en las señales de micro-LFP y picos de actividad de neuronas individuales ( 1C ). Las ondas mostraron un aumento en la potencia en el rango de 80 a 120 Hz tanto en una escala macro-iEEG como en una escala micro-LFP.

Cada pulsación detectada en cada microelectrodo estuvo acompañada por un aumento en la actividad de las neuronas individuales en este canal ( 1C ). La actividad cortical máxima está estrechamente relacionada con la aparición de pulsaciones detectadas en las escalas macro-iEEG y micro-LFP ( 1D ).

Dentro de un solo pulso micro-LFP, los picos obtenidos del canal del electrodo en una determinada región de la corteza se vincularon a la propagación de ondas, lo que es consistente con la relación entre el pico y la actividad de pulsación observada en roedores y humanos ( 1E y 1F ).


Imagen No. 2 A

cada uno de los participantes del estudio se le pidió que realizara la tarea de memorizar verbalmente palabras de pares, lo que requería que se codificaran y luego recuperaran nuevas asociaciones entre pares de palabras seleccionadas al azar en cada prueba ( 2A ).

Por un evento de explosión, los científicos se refieren a índices de tiempo durante los cuales los picos corticales superaron el umbral en función de una frecuencia de población de al menos 25 ms. Para todos los participantes, las ráfagas tuvieron una frecuencia promedio de 1.4 ± 0.2 Hz, y cada ráfaga incluyó 39.9 ± 6.3% de todas las unidades identificadas (neuronas) durante esta sesión particular de la tarea. Los eventos de ráfaga ocurrieron repetidamente durante todo el tiempo en que el sujeto presentó pares verbales ( 2B ).

A continuación, los científicos reordenaron las neuronas en cada prueba de acuerdo con la secuencia modelo obtenida de la explosión relativa de actividad entre pares de neuronas durante cada período de codificación. Esta secuencia modelo se utilizó más para la visualización que para el análisis de la estructura temporal de la actividad neuronal en varios eventos durante los períodos de codificación y búsqueda. Las neuronas durante las explosiones individuales aparentemente conservan el mismo orden secuencial del potencial de acción durante todo el tiempo de codificación ( 2C ).

Dado que se observaron secuencias repetidas del potencial de acción cuando los participantes en los experimentos codificaron pares de palabras, fue posible cuantificar el grado en que las secuencias del potencial de acción de las neuronas en los eventos de explosión eran consistentes entre sí en diferentes ensayos o diferían en algo.

Para cada evento de estallido, la secuencia de actividad máxima entre las neuronas dentro de este estallido particular se determinó ordenando a cada neurona de acuerdo con cuándo surgió su potencial de acción máximo en el rango de ± 75 ms desde el índice de evento de estallido central.

Se encontraron varios ejemplos de neuronas que formaron una secuencia en una prueba y luego se reorganizaron para formar una secuencia diferente durante la siguiente prueba ( 2D ).

Para verificar cuán similar es cualquier secuencia a cualquier otra secuencia, se determinó un coeficiente de correspondencia que compara las relaciones temporales por pares entre todas las neuronas que son comunes a ambas secuencias y toma un valor de 1 para reproducción hacia adelante perfecta y -1 para reproducción hacia atrás perfecta .

Una vez determinado el valor promedio por pares del coeficiente de correspondencia entre todas las secuencias en cada prueba, se realizó una comparación de este valor promedio con la distribución de los valores del coeficiente que se produce al comparar todas las combinaciones de secuencias por pares en diferentes ensayos.

El análisis de datos mostró un parámetro común para la codificación y la reproducción de recuerdos: secuencias repetitivas de picos de actividad cortical que se observaron en todos los ensayos, incluso cuando los participantes no compusieron un par verbal correctamente.


Imagen No. 3

Por lo tanto, si la codificación exitosa de la memoria depende de la secuencia temporal del potencial de acción de las neuronas, entonces la extracción de la memoria debería depender de la misma secuencia ( 3A) Durante todas las pruebas, se observaron repetidos eventos de ráfaga durante la codificación y búsqueda ( 3B ).

En el proceso de extracción de memoria, las secuencias, aparentemente, se volvieron cada vez más similares a las secuencias de codificación hasta el momento en que el participante expresó su respuesta ( 3C ).

Es curioso que los datos de repetición de secuencia durante la codificación y durante la recuperación de memoria aumentaran si la tarea se respondía correctamente (par de palabras). En el caso en que el participante recreó incorrectamente el par verbal, se observó menos ( 3D) Sin embargo, antes de que el participante expresara la respuesta incorrecta, las secuencias de búsqueda eran similares a las secuencias de codificación. En otras palabras, la secuencia de activación de las neuronas durante la memorización de un par verbal coincidió con la actividad durante la voz de la respuesta en la versión correcta más que en el caso de una respuesta incorrecta. De esto se deduce que el cerebro, si es necesario, recuerda algo específico, selecciona la placa deseada con esta memoria y la reproduce, metafóricamente hablando.

Si existe tal mecanismo, entonces debe ser individual para diferentes recuerdos ( 3F) También se descubrió que la codificación correcta y la recuperación de información tenían una frecuencia de estallido más baja de la población de neuronas y un coeficiente de Fano más bajo en comparación con otros similares en los ensayos con la respuesta incorrecta. Esto sugiere que una búsqueda exitosa implica la reproducción de secuencias exactas de excitación neural ( 3G ).


Imagen No. 4

Como se mencionó anteriormente, los eventos de ráfaga observados durante la búsqueda están estrechamente relacionados con las oscilaciones de tipo ondulación en las escalas macro-iEEG y micro-LFP ( 1C) Sin embargo, solo algunos de estos eventos corticales están asociados con ondas en el lóbulo temporal medial. Estudios anteriores sugieren que los eventos de estallido cortical asociados con eventos similares en el lóbulo temporal medial ( 4A ) están en el corazón de la recuperación de la memoria .

Durante las pruebas de pares verbales, se observaron eventos de explosión asociados con el lóbulo temporal medial, que mostraron un mayor coeficiente de similitud de secuencia con el período de codificación que aquellos eventos que ocurrieron en ausencia de actividad del lóbulo temporal medial ( 4B ).

También se encontró que la reproducción de la memoria en la corteza cerebral, causada por la actividad en el lóbulo temporal medial, ocurrió a más tardar 100 ms después del inicio de esta actividad ( 4C ).

Durante las pruebas, cuando los participantes dieron la respuesta correcta, los eventos de explosión asociados con las pulsaciones de MTL mostraron una reproducción significativamente mayor de las secuencias presentes durante la codificación en comparación con los eventos no relacionados ( 4D ).

De esto se deduce que para cada codificación de la memoria existe su propia secuencia de actividad de neuronas individuales. Y para la correcta reproducción de los recuerdos, el cerebro debe reproducir esta secuencia repetidamente.

Para un conocimiento más detallado de los matices del estudio, le recomiendo que consulte el informe de los científicos .

Epílogo


En este estudio, los científicos pudieron obtener evidencia material directa de que la reproducción de recuerdos se basa en la reproducción coordinada de secuencias de potenciales de acción de las neuronas en el cerebro humano.

Cuando una persona recuerda algo, se forma una secuencia de actividad neuronal en el cerebro. Cuando quiere recordar algo, para extraer con éxito la memoria deseada, su cerebro debe reproducir la secuencia creada previamente.

Esto fue confirmado durante las pruebas. Cuando los participantes de la prueba recordaron correctamente un par verbal dado, la secuencia de reproducción (memoria) y codificación (memorización) coincidió, lo que no se observó en casos de respuestas erróneas.

Según los investigadores, su trabajo puede convertirse en una herramienta adicional para tratar de comprender todas las características de los procesos destructivos en el cerebro humano que causan problemas de memoria, conciencia y pensamiento. Si discutimos desde un punto de vista de ciencia ficción, comprender que hay una secuencia determinada que puede reproducirse puede permitirnos reproducir con precisión y rapidez los recuerdos necesarios en el momento adecuado.

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