¿Cómo se consolida la memoria?

Sergio Escamilla Ruiz, estudiante predoctoral en el Instituto de Neurociencias de Alicante (UMH-CSIC)

cómo se consolida la memoria

Cómo almacenamos los recuerdos es uno de los mayores interrogantes de la neurociencia moderna. Richard Semon (1859–1918), un zoólogo y biólogo evolutivo alemán, acuñó en 1904 el término engrama. Para Semon, la huella mnémica o engrama – vocablo procedente de la diosa griega de la memoria: Mnemea- era la modificación que creaba un estímulo en los nervios. En neurociencia moderna un engrama se puede definir como el sustrato físico neural específico de un recuerdo.

Desde las pruebas que ofrece la clínica sabemos que diferentes tipos de memoria son almacenados en diferentes partes del cerebro. Henry Molaison, históricamente conocido como el paciente H.M., es un famoso paciente que sufrió la extirpación de los dos hipocampos, uno de cada hemisferio cerebral, debido a que estas estructuras constituían los focos epilépticos de la enfermedad que le aquejaba. Como resultado, Henry desarrolló amnesia anterógrada: podía recordar su vida hasta el momento de la operación, pero a partir de ese punto nunca volvió a generar un recuerdo. Este caso clínico supuso una prueba de que las estructuras del lóbulo temporal medial, entre las que se encuentra el hipocampo, juegan un papel determinante en la consolidación de la memoria declarativa episódica, es decir, la memoria autobiográfica. Tras la operación, Henry todavía podía recordar su vida pasada, por tanto, los engramas de la memoria de eventos lejanos en el tiempo no podían encontrarse en el hipocampo.

Dónde se crea la memoria

El modelo teórico que goza de más aceptación acerca de cómo se produce la consolidación de la memoria autobiográfica es el siguiente: la codificación de la nueva vivencia se produce en el hipocampo. A medida que la experiencia se repite (el sujeto se expone a las mismas condiciones), la información empieza a estar codificada en la neocorteza. La reactivación del hipocampo reordena la conectividad neocortical que permite al neocórtex generar una representación del recuerdo de manera independiente al hipocampo. Este modelo tiene fundamento experimental en animales, pero existen tres grandes cuestiones: 1) ¿Dónde se encuentra el engrama neocortical? 2) ¿Cómo de rápido se produce esa transición? Y 3) ¿Qué desencadena la transición?

En este contexto, es de gran relevancia el trabajo de la investigadora de la Universidad de Freiburg (Alemania) Monika Schönauer. Ella y su grupo de investigación hipotetizaron que, si esta transferencia de información del hipocampo a la neocorteza era cierta, entonces, a media que una persona repitiese una tarea determinada, la involucración del hipocampo iría disminuyendo al mismo tiempo que iría aumentando la de la neocorteza.

Resonancia magnética funcional y de difusión

Para testar la hipótesis, utilizaron un entorno de realidad virtual en el que los sujetos podían revisitar los lugares virtuales en los que ya habían estado, una y otra vez. Mediante el uso de la imagen por resonancia magnética funcional (fMRI, por sus siglas en inglés), una técnica que mide indirectamente de manera no invasiva la activación de partes del cerebro, encontraron que la corteza parietal posterior (la región de la coronilla) mostraba un incremento en su activación a medida que el sujeto se reencontraba con lugares ya visitados, al mismo tiempo que el hipocampo disminuía su activación.

No obstante, la activación detectada por fMRI es una medida indirecta de la activación neuronal, lo que no implica un cambio en la estructura cerebral, un requisito para afirmar que un nuevo engrama se ha formado en la neocorteza. Para ello, utilizaron otro tipo de técnica llamada resonancia magnética de difusión, que mide la dirección preferente de las moléculas de agua en el tejido cerebral. Dado que los axones de las neuronas están revestidos de una capa de grasa (mielina) que no deja pasar el agua, ésta se mueve preferentemente a lo largo de los axones de las neuronas. Mediante esta técnica pudieron demostrar que la misma parte del cerebro que aumentaba su actividad con el aprendizaje, la corteza parietal posterior, también sufría cambios en la microestructura de las neuronas.

Con ello, se lanzaron a la búsqueda de un engrama en la corteza parietal posterior. Para ello, asumieron que el espacio que existe entre las distintas células, denominado extracelular, se reduciría tras la plasticidad: los cambios estructurales en las neuronas responsables de generar el engrama reducirían el espacio extracelular, lo que, a su vez, reduciría la movilidad de las moléculas de agua del espacio extracelular. Una vez más, vieron cumplida su hipótesis: habían demostrado por primera vez la formación de un engrama en la neocorteza humana tras un periodo de aprendizaje (las visitas una y otra vez al mismo espacio virtual). También demostraron que los cambios producidos en esta parte del cerebro se producían rápido (en pocas horas) y replicaron los mismos resultados en otras partes del cerebro.

Descansar para aprender

En investigaciones posteriores encontraron que el sueño era necesario para estabilizar los cambios asociados a la consolidación de la memoria, algo que se sabía que ocurría en animales, pero no humanos. Además, encontraron que tanto el sueño REM (el sueño donde se producen los ensueños más vívidos) como el no REM (sueño profundo) participan en la consolidación de la memoria, aunque mediante diferentes mecanismos.

La profesora Schönauer y su grupo han demostrado que la transferencia de información del hipocampo a la neocorteza como mecanismo de la consolidación de la memoria es cierta en humanos. No sólo eso, sino que también demuestran que esa transferencia de información viene acompañada de cambios estructurales en las neuronas asociados a mecanismos de aprendizaje: la transferencia del hipocampo a la neocorteza es posible por la generación de un nuevo engrama en la neocorteza, concretamente, en la corteza parietal posterior. Una vez demostrado, generalizan los resultados a otras estructuras corticales. Y, por último, demuestran algo que se sabía cierto en algunos animales, pero no en humanos: que el sueño es necesario para estabilizar la consolidación de la memoria, el engrama.

BIBLIOGRAFÍA

Brodt, S. et al. (2016) ‘Rapid and independent memory formation in the parietal cortex’, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 113(46), pp. 13251–13256. doi: 10.1073/pnas.1605719113.

Frankland, P. W. and Bontempi, B. (2005) ‘The organization of recent and remote memories’, Nature Reviews Neuroscience, 6(2), pp. 119–130. doi: 10.1038/nrn1607.

Himmer, L. et al. (2019) ‘Rehearsal initiates systems memory consolidation, sleep makes it last’, Science Advances, 5(4), pp. 1–9. doi: 10.1126/sciadv.aav1695.

Josselyn, S. A., Köhler, S. and Frankland, P. W. (2017) ‘Heroes of the engram’, Journal of Neuroscience, 37(18), pp. 4647–4657. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0056-17.2017.

Schönauer, M. et al. (2017) ‘Decoding material-specific memory reprocessing during sleep in humans’, Nature Communications, 8(May). doi: 10.1038/ncomms15404.