Inhibitory tone in the dentate gyrus dynamically prioritizes memory flexibility or stability by tuning a sensitivity-consistency continuum.

Un estudio del Instituto de Neurociencias CSIC-UMH revela cómo el cerebro equilibra la flexibilidad y la estabilidad de los recuerdos

• Reducir la inhibición en una región del hipocampo permite distinguir mejor experiencias similares, pero aumenta la vulnerabilidad a interferencias cuando crece la cantidad de información a recordar.
• Un modelo computacional ha permitido identificar este equilibrio y predecir que el nivel óptimo de inhibición depende de la carga de memoria.

(Foto: De izquierda a derecha: los investigadores Encarni Marcos, Santiago Canals y Elena Pérez Montoyo. Fuente: IN CSIC-UMH.)

Un equipo del laboratorio Plasticidad de las Redes Neuronales del Instituto de Neurociencias (IN), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Miguel Hernández de Elche (UMH), ha identificado un mecanismo que permite al cerebro ajustar el equilibrio entre dos necesidades aparentemente contrapuestas durante la formación de los recuerdos: incorporar nuevos detalles y mantener representaciones suficientemente consistentes para no confundir unas experiencias con otras. El estudio, publicado en la revista PLOS Biology, muestra que la actividad de las interneuronas inhibitorias del giro dentado, una región del hipocampo, determina hasta qué punto el sistema es sensible a pequeñas diferencias entre experiencias similares o, por el contrario, capaz de preservar representaciones estables.

La memoria no consiste simplemente en almacenar una copia de cada experiencia. Para que resulte útil, el cerebro tiene que poder incorporar información nueva sin que cada pequeño cambio genere un recuerdo completamente distinto. Por ejemplo, necesitamos reconocer un lugar que visitamos habitualmente, aunque haya cambiado, pero también distinguir dos experiencias cuando las diferencias entre ellas son relevantes. Esta tensión entre la sensibilidad a los cambios y la consistencia de los recuerdos es la que estudia este trabajo. “La memoria no es un repositorio estático de información, sino un proceso vivo y adaptativo”, explica el investigador Santiago Canals, que ha coliderado el estudio.

Para estudiar este mecanismo, los investigadores se centraron en el hipocampo, una región del cerebro fundamental para la formación de nuevos recuerdos, y en una de sus estructuras, el giro dentado. En esta zona, determinadas neuronas inhiben la actividad de otras células del circuito y ayudan así a regular cómo se incorporan las nuevas experiencias. El equipo modificó experimentalmente esta actividad inhibitoria en ratones durante la codificación de los recuerdos, es decir, en el momento en que la información se procesa para formar la memoria.

Los investigadores comprobaron las consecuencias de esta manipulación mediante tareas en las que los ratones debían reconocer pequeños cambios en su entorno. Estos animales muestran una preferencia natural por la novedad, por lo que su comportamiento permite saber si recuerdan una experiencia anterior y si son capaces de detectar diferencias respecto a ella.

Los resultados mostraron que reducir la inhibición aumentaba la sensibilidad: cuando el cambio en la posición de un objeto era muy pequeño, los ratones con menor inhibición eran capaces de distinguirlo mejor que los animales control. Por el contrario, aumentar la actividad inhibitoria hacía al sistema menos sensible a esas diferencias y generaba representaciones más resistentes a los cambios.

Imagen del giro dentado del hipocampo de un ratón. Las células verdes corresponden a un tipo de neuronas inhibitorias, mientras que las células rojas son aquellas cuya actividad se ha modificado experimentalmente. Las células amarillas muestran la coincidencia de ambas señales. Fuente: IN CSIC-UMH.

“Al manipular la inhibición, pudimos modificar cómo realizaban la tarea los ratones. Con niveles más bajos de lo habitual, su comportamiento era más consistente con una mejor recuperación de la memoria y con un recuerdo más detallado”, señala Encarni Marcos, responsable de la línea de investigación Mecanismos Neuronales de la Conducta en el IN CSIC-UMH y colíder del estudio.

Un modelo computacional para encontrar el equilibrio

Para entender por qué una menor inhibición no siempre resulta beneficiosa, el equipo trabajó con un modelo computacional que reproduce de forma simplificada cómo se adquieren y recuperan las representaciones de memoria en el cerebro. El modelo permite variar el nivel de inhibición y explorar cómo afecta a la capacidad del sistema para distinguir experiencias similares y mantener representaciones consistentes.

El modelo predijo que no existe un nivel óptimo para todas las situaciones: con poca carga de memoria, una menor actividad inhibitoria puede favorecer la discriminación, mientras que una mayor actividad ayuda a mantener representaciones más consistentes cuando la cantidad de información aumenta.

Estas predicciones se comprobaron posteriormente en animales mediante una tarea en la que los ratones tenían que aprender asociaciones entre objetos, posiciones y diferentes entornos. “Gracias a la combinación de herramientas experimentales y computacionales, hemos encontrado un punto de equilibrio en la formación de la memoria que nos permite entender cuándo este sistema, que para ser útil debe ser flexible, se actualiza con nueva información y cuándo mantiene una mayor consistencia”, explica Canals.

Además, el equipo comprobó que este efecto se produce específicamente durante la codificación, es decir, cuando se forma la primera representación de una experiencia. El mecanismo identificado, por tanto, interviene en la construcción inicial de la representación y no en su posterior estabilización o recuperación.

Un equilibrio dinámico

Los resultados sugieren que los circuitos inhibitorios del giro dentado contribuyen a situar al hipocampo en diferentes estados de funcionamiento: una mayor sensibilidad facilita incorporar cambios y distinguir experiencias similares, mientras que una mayor consistencia protege las representaciones frente a interferencias. El estudio apunta a que este equilibrio puede ajustarse según las demandas de la tarea.

“Lo que interpretamos de estos resultados es que existe un mecanismo que dinámicamente ajusta el modo de operación, utilizando la inhibición”, explica Marcos. Los investigadores subrayan, no obstante, que el estudio no ha identificado qué señales controlan este ajuste en condiciones naturales. Determinar qué mecanismos regulan la actividad inhibitoria y cuándo se produce ese cambio de estado será objeto de futuras investigaciones.

Este trabajo ha sido posible gracias a la financiación de la Agencia Estatal de Investigación; el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades; el Programa Severo Ochoa para Centros de Excelencia; los fondos Next Generation de la Unión Europea; y la Generalitat Valenciana.

Fuente: Instituto de Neurociencias CSIC-UMH (in.comunicacion@umh.es)