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por�Elizabeth
Svoboda� del�Sitio�Web QuantaMagazine
traducci�n de
Adela Kaufmann � � � �
incluyendo el descubrimiento de que el cerebro crea m�ltiples copias de recuerdos a la vez - - aunque
oculta la copia a largo plazo de nuestra conciencia al principio.�
est� volcando viejas suposiciones sobre c�mo se forman los recuerdos, c�mo funciona el recuerdo y si los recuerdos perdidos podr�an ser restaurados a partir de "engramas silenciosos" � � � La presencia de SusumuTonegawa�se anuncia tan pronto como cruzas la puerta del Instituto Picower de Aprendizaje y Memoria�del Instituto de Tecnolog�a de Massachusetts (MIT). � Una fotograf�a enmarcada de tres pies de alto de Tonegawa se encuentra al frente y al centro en el vest�bulo de techos altos, flanqueado por una pantalla que reproduce un clip en forma de arco iris de los �ltimos aspectos destacados de la investigaci�n. � El hombre en el retrato, sin embargo, es cualquier cosa menos un buscador de atenci�n. � La mayor�a de los d�as, �l est� instalado en el laberinto impenetrable de laboratorios y oficinas que componen el quinto piso de Picower. � Su cabello, grueso y oscuro en la foto, ahora es de un plateado opaco, y hoy en d�a, un c�rdigan azul suelto reemplaza la impecable chaqueta del traje.�Su actitud complaciente y de voz suave desmiente su reputaci�n como un gran maestro del dogma establecido, o al menos como un atizador de agujeros profundos y permanentes. � Junto con su colega neurocient�fico del MIT�Dheeraj Roy�y otros, Tonegawa est� volcando suposiciones b�sicas en la ciencia del cerebro. � A principios de este a�o, inform� que el almacenamiento y la recuperaci�n de la memoria ocurren en�dos circuitos cerebrales diferentes, no en el mismo que se pensaba desde hace mucho tiempo.� � Su equipo tambi�n demostr� que los recuerdos de un evento se�forman al mismo tiempo�en las �reas de almacenamiento a corto y largo plazo del cerebro, en lugar de pasar m�s adelante al almacenamiento a largo plazo. � M�s recientemente (y tentadoramente), su laboratorio demostr� lo que alg�n d�a podr�a ser una forma de�devolver los recuerdos actualmente irrecuperables�a la conciencia. � � "La inmunolog�a era un inter�s transitorio para m�. Yo quer�a hacer algo nuevo ". SusumuTonegawa � � Tonegawa, ahora�Profesor de Picower en Biolog�a y Neurociencia�del MIT, primero se forj� su identidad inconformista en la d�cada de 1980. � Mientras trabajaba en el�Instituto de Inmunolog�a de Basilea�en Suiza, public� una teor�a, primero vista como her�tica, luego brillante, de que las c�lulas inmunes reorganizan su ADN para crear millones de anticuerpos diferentes a partir de una peque�a cantidad de genes. � Su descubrimiento le gan� el�Premio Nobel en 1987, lo que explica el enorme retrato del lobby. � La mayor�a de los investigadores se hubieran quedado en el campo y hubiesen atra�do la atenci�n, pero Tonegawa dej� la inmunolog�a por completo.�Pas� las siguientes dos d�cadas reinvent�ndose a s� mismo como un maestro del funcionamiento de la memoria a nivel celular. � A pesar de su estatura profesional, Tonegawa no es un circuito TED regular o una fuente de conceptos de inicio.�En lugar de vender sus ideas o su persona, prefiere dejar que sus datos hablen por s� mismos. � Y lo hacen, quiz�s m�s fuerte de lo que quisieran algunos de sus colegas.
� � � Rastreando memorias celda por celda � Al conocer a Tonegawa, sent� que considera su fama como un efecto secundario ligeramente engorroso de su vocaci�n. � El d�a que visit� su oficina, se vio inmerso en una broma de investigaci�n con un colega, y�ndose solo, a rega�adientes, para volver a su propio viaje.� � Toda la l�nea lateral de la inmunolog�a, me dijo, fue un accidente: su verdadero amor siempre ha sido la biolog�a molecular, y la inmunolog�a fue una expresi�n fascinante de eso. � Termin� en Basilea principalmente porque su permiso de trabajo en los Estados Unidos se hab�a agotado.
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Despu�s de hacer contribuciones ganadoras del Premio Nobel a la inmunolog�a, Susumu Tonegawa, ahora profesor de biolog�a y neurociencia en el Instituto de Tecnolog�a de Massachusetts,
enfoc� su pasi�n por la biolog�a molecular en el cerebro.� � � Ese "algo" result� ser la neurociencia, que�Francis Crick�y otros bi�logos reconocidos elogiaban como la ola del futuro. � A fines de la d�cada de 1980 y principios de la d�cada de 1990, los investigadores sab�an relativamente poco acerca de c�mo el funcionamiento celular y molecular del cerebro apuntala sus capacidades, y nada entusiasmaba a Tonegawa m�s que al mapeo de territorios inexplorados. � Sin embargo, la aventura de Tonegawa en la ciencia del cerebro no fue un cambio radical, porque trajo consigo algunas de sus t�cnicas de investigaci�n. � �l hab�a estado usando ratones transg�nicos (gen�ticamente modificados) en sus estudios de inmunolog�a, eliminando genes particulares y observando los efectos f�sicos, y utiliz� un enfoque similar para descubrir las bases biol�gicas del aprendizaje y la memoria. � En un estudio inicial de MIT, cri� ratones que no produc�an una enzima particular que se pensaba que era importante para cementar los recuerdos a largo plazo. � Aunque el comportamiento de los ratones mutantes parec�a en general normal, las pruebas posteriores mostraron que ten�an deficiencias en el aprendizaje espacial, lo que confirma el papel clave de la enzima en ese proceso. � Con ese resultado de alto perfil, Tonegawa arranc� y comenz� a trabajar.�Hace aproximadamente 10 a�os, pudo llevar su trabajo a un nuevo nivel de precisi�n, en parte al emplear una t�cnica llamada�optogen�tica�. � Desarrollado por el bioingeniero de la Universidad de Stanford�Karl Deisseroth�y otros, la t�cnica implica modificar los genes de animales de laboratorio para que sus c�lulas expresen una prote�na sensible a la luz llamada�channelrhodopsin, derivada de algas verdes. � Los investigadores pueden activar estas c�lulas al iluminarlas con fibras �pticas.�Tonegawa y sus colegas usan la optogen�tica para generar actividad neuronal al comando en regiones espec�ficas del cerebro. � Este m�todo ha permitido a Tonegawa demostrar que las teor�as existentes sobre la formaci�n y el almacenamiento de la memoria son err�neas, o al menos incompletas. � El verano pasado, junto con Roy y otros colegas, inform� que, al contrario del dogma de la neurociencia, el circuito neuronal en la estructura del cerebro llamado hipocampo que crea una memoria particular�no es el mismo circuito�que recuerda la memoria m�s tarde. � En su lugar, la recuperaci�n de una memoria requiere lo que los cient�ficos llaman un "circuito de desv�o" en el hipocampo�subıculo, que se encuentra justo al lado del circuito de la memoria principal formaci�n. � Para ilustrar el descubrimiento, Roy llam� una imagen de una rebanada de cerebro ampliada en el laboratorio.
Hizo un gesto hacia una densa nube de brillantes neuronas verdes en la parte superior derecha, el sub�culo mismo, y explic� que su equipo hab�a dise�ado gen�ticamente el rat�n para producir channelrodopsina solo en las neuronas del sub�culo. � �l y su equipo pudieron activar o desactivar estas neuronas del sub�culo con luz l�ser interconectada, sin afectar a las neuronas circundantes. � �
Los estudios han demostrado que el hipocampo (rojo) es esencial para crear nuevos recuerdos. Pero recuerdo a corto plazo de esos recuerdos depende de un "circuito de desv�o" que involucra un �rea especializada llamada
el sub�culo (verde).� � � Armados con este cambio biol�gico, los investigadores activaron y desactivaron las neuronas del sub�culo para ver qu� suceder�a. � Para su sorpresa, vieron que los ratones entrenados tuvieron miedo cuando estaban dentro de cierta jaula, y dejaban de mostrar ese miedo cuando las neuronas del sub�culo eran apagadas. � Los ratones no pudieron desenterrar la memoria del temor, lo que significaba que era necesario recordar el sub�culo.�Pero si los investigadores desactivaban las neuronas del sub�culo solo mientras ense�aban la temible asociaci�n, los ratones recordaban f�cilmente el recuerdo. � Por lo tanto, una parte separada del�hipocampo�debe haber codificado la memoria.�De manera similar, cuando el equipo activ� y desconect� el circuito principal del hipocampo, descubrieron que era responsable de la formaci�n de memoria, pero no de la memoria. � Para explicar por qu� el cerebro se formar�a y recordar�a recuerdos utilizando diferentes circuitos, Roy lo enmarc� en parte como una cuesti�n de conveniencia.
Si se utilizara el mismo circuito de hipocampo, tanto para el almacenamiento como para la recuperaci�n, codificar una nueva memoria tomar�a cientos de milisegundos. � Pero si un circuito agrega nueva informaci�n mientras el circuito de desv�o llama simult�neamente recuerdos similares, es posible aplicar mucho m�s r�pidamente el conocimiento pasado a su situaci�n actual.
Esa diferencia podr�a ser crucial para las criaturas en peligro, para quienes unos pocos cientos de milisegundos podr�an significar la diferencia entre alejarse de un depredador y convertirse en su cena. � Los circuitos paralelos tambi�n pueden ayudarnos a integrar la informaci�n presente con recuerdos m�s antiguos con la misma rapidez:
� � � Reevaluando c�mo se forman las memorias � Adem�s de revelar que diferentes mecanismos controlan la formaci�n de memorias y recuerdos, Tonegawa, Roy y su colega Takashi Kitamura (quien recientemente se mud� del MIT al Centro M�dico Southwestern de la Universidad de Texas) han demostrado que la formaci�n de memoria en s� misma es inesperadamente compleja. � Su trabajo se refer�a a los cambios cerebrales implicados en la transformaci�n de�recuerdos�a�corto plazo en recuerdos�a�largo plazo. � (En los experimentos con ratones, la memoria a corto plazo se refiere a recuerdos de eventos de los �ltimos d�as, lo que a veces se denomina memoria reciente para distinguirla de impresiones neuronales m�s transitorias que parpadean despu�s de solo minutos u horas. La memoria a largo plazo contiene eventos que sucedieron en el orden de dos semanas o m�s atr�s). � Durante d�cadas en la neurociencia, el modelo m�s ampliamente aceptado postul� que los recuerdos a corto plazo se forman r�pidamente en el hipocampo, y luego se transfieren a la corteza prefrontal cerca de la superficie del cerebro para su almacenamiento a largo plazo. � Pero el equipo de Tonegawa inform� recientemente en�Science�(Engrams and Circuits crucial for Systems Consolidation of a Memory) que se forman nuevos recuerdos en ambas ubicaciones al mismo tiempo. � El camino hacia ese descubrimiento comenz� en 2012, cuando el laboratorio de Tonegawa ide� una manera de resaltar las c�lulas cerebrales conocidas como c�lulas engram, que tienen un recuerdo �nico. � Sab�a que cuando los ratones toman nuevos entornos, ciertos genes se activan en sus cerebros. � Por lo tanto, su equipo vincul� la expresi�n de estos genes de "aprendizaje experiencial" en los ratones a un gen de channelrhodopsin, de modo que las c�lulas precisas que se activaron durante un evento de aprendizaje brillar�an.
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En esta rebanada magnificada de tejido cerebral mejorado con una prote�na optogen�tica, el resplandor verde muestra cu�les c�lulas engraman en el hipocampo
almacen� una memoria a corto plazo.� � � En el nuevo�estudio de�Science, el equipo utiliz� esta t�cnica para crear ratones cuyas c�lulas de aprendizaje responder�an a la luz. � Arrastraron a cada rat�n en una jaula especial y le aplicaron una leve descarga el�ctrica en la pata, lo que llev� al rat�n a formar un terrible recuerdo de la jaula.�Un d�a despu�s, devolvieron cada rat�n a la jaula e iluminaron su cerebro para activar las c�lulas cerebrales que almacenaban la memoria. � Como era de esperar, las c�lulas del hipocampo involucradas en la memoria a corto plazo respondieron a la luz del l�ser. � Pero sorprendentemente, un pu�ado de c�lulas en la corteza prefrontal respondieron tambi�n.�Las c�lulas corticales hab�an formado recuerdos del impacto del pie casi de inmediato, muy por delante de lo previsto. � Sin embargo, los investigadores notaron que a pesar de que las c�lulas corticales pod�an activarse desde el principio con luz l�ser, no disparaban espont�neamente cuando los ratones regresaban a la jaula donde se produjo la descarga dela pata. � Los investigadores llamaron a estas c�lulas corticales "engramas silenciosos" porque conten�an la memoria pero no respond�an a una se�al natural de recuerdo. � Sin embargo, durante las siguientes semanas, estas c�lulas aparentemente maduraron y se convirtieron en parte integral para recordar la memoria.
Esta comprensi�n detallada de c�mo se almacenan y guardan los recuerdos podr�a informar el desarrollo de medicamentos que ayudan a la formaci�n de nuevos recuerdos.� � �
Lectura de Lucy Ikkanda Revista Quanta � � Algunos en la comunidad de la neurociencia, sin embargo, piensan que es prudente tener cuidado al interpretar la importancia de hallazgos como estos. � El a�o pasado, los colegas del MIT de Tonegawa,�Andrii Rudenko�y�Li-Huei Tsai,�enfatizaron que la ciencia del engrama es a�n tan nueva, que no sabemos exactamente c�mo las c�lulas del engrama podr�an funcionar juntas, ni qu� c�lulas contienen qu� partes de los recuerdos.
Tonegawa ha afirmado que los cerebros contienen engramas silenciosos que podr�an ser potencialmente activados externamente, una idea que golpea a algunos neurocient�ficos como exagerados incluso cuando excita a otros, seg�n�Sheena Josselyn.
� � � Trayendo recuerdos silenciosos a la vida � A pesar de la incertidumbre que lo rodea, el concepto de engrama silencioso nos ofrece la fascinante perspectiva de acceder a memorias ocultas, una perspectiva que Roy, en particular, contin�a explorando. � En octubre, public� un art�culo (Silent Memory Engrams as the Basis for Retrograde Amnesia) con Tonegawa que gener� una r�faga de correos electr�nicos emocionados de cient�ficos y no cient�ficos por igual. � Uno de los hallazgos m�s destacados del documento fue que, al menos en ratones, era posible despertar engramas silenciosos sin utilizar una luz l�ser o fibras �pticas.� � �
Dheeraj Roy, un asociado postdoctoral en el MIT, ha colaborado con Tonegawa en varios estudios recientes
que han volcado viejas ideas sobre c�mo funciona la memoria.� Roy dijo que la pregunta que el equipo se hac�a a s� mismo era si pod�an hacer recuerdos ocultos permanentemente activos con un tratamiento no invasivo. � Una prote�na celular llamada�PAK1�estimula el crecimiento de espinas dendr�ticas, o protuberancias, que permiten la comunicaci�n entre las neuronas, y Roy tuvo el presentimiento de que esta prote�na, cuando se transporta a las c�lulas cerebrales, podr�a ayudar a que los engramas silenciosos volvieran a la conciencia directa.
Para probar esta posibilidad, los investigadores primero dieron golpes leves a los ratones en una jaula, mientras que tambi�n suprimieron su capacidad de producir las prote�nas que normalmente cementan los recuerdos a largo plazo. � Cuando estos ratones volvieron a la misma jaula m�s tarde, no mostraron miedo, lo que indica que no recordaban naturalmente el choque en respuesta a una se�al. � Sin embargo, la luz l�ser todav�a pod�a encender la respuesta de temor de los ratones, lo que significaba que la memoria todav�a estaba all� en forma de engrama silencioso. � Cuando el equipo les inyect� a estos ratones el gen PAK1 para que produjeran en exceso la prote�na, los animales se congelaron espont�neamente al entrar en la temida jaula. � Recordaban la jaula por su cuenta:
Cuando se administra PAK1,
En el futuro, agreg�, una inyecci�n terap�utica de mol�culas de PAK1 que ingrese en las c�lulas de la memoria del cerebro podr�a despertar los recuerdos silenciosos en las personas tambi�n.
� "Podr�a ser que estos recuerdos silenciosos pudieran salir". SusumuTonegawa � � Es incre�ble pensar que todas nuestras mentes contienen cientos o miles de recuerdos silenciosos que solo est�n esperando que la activaci�n correcta vuelva a emerger en la conciencia. � Si los hallazgos de Roy son ciertos en humanos, la recuperaci�n de recuerdos ocultos alg�n d�a podr�a ser tan f�cil de iniciar como vacunarse contra la gripe.
Unos minutos m�s tarde, en la oficina de Tonegawa, le hice m�s o menos la misma pregunta. � La reactivaci�n de los engramas silenciosos podr�a permitir que las personas con problemas de memoria, como los enfermos de Alzheimer, los soldados que han sobrevivido explosiones explosivas y los atletas con conmociones cerebrales en los deportes de contacto, recuperen recuerdos que se han vuelto inaccesibles. � (Para estar seguro, estas personas a menudo necesitar�an recibir tales tratamientos temprano, antes de que sus condiciones progresaran y demasiadas c�lulas cerebrales murieran). � La investigaci�n anterior de Roy y Tonegawa (Memory Retrieval by Activating Engram Cells in mouse models of early Alzheimer's Disease) sugiere que las personas con dificultades cognitivas tienen muchos recuerdos almacenados que simplemente no pueden recordar. � �Pero qu� hay del resto de nosotros que solo queremos extraer nuestros recuerdos, excavar lo que est� enterrado en lo profundo de nosotros? � Tonegawa hizo una pausa para considerar.
Sin embargo, cuando lo presion� m�s, derram� cautela. � Era como si estuviera acostumbrado a escuchar a gente como yo huyera con las posibilidades y quer�a aplacar mis expectativas. � A pesar de que su laboratorio reactiv� con �xito los engramas silenciosos de los ratones despu�s de unos pocos d�as, eso no garantiza que los engramas silenciosos duren mucho tiempo, dijo.�Y una vez que las c�lulas que codifican recuerdos particulares mueren a causa de la vejez o la demencia, puede que se acabe el juego, sin importar qu� tipo de prote�nas inyectes. � Tonegawa se�al� a Roy, que estaba sentado frente a �l.
Su paciencia parec�a estarse agotando. � Por otra parte, �l, podr�a yo intuir, quer�a afirmar que era un estudioso de la naturaleza esencial de las cosas, no un perseguidor de patentes de drogas o curas r�pidas o incluso el ideal de la memoria perfecta.
Se�al� a Roy de nuevo: la persona con la que cuenta para recordar cosas que �l no puede.
En cierto modo, es reconfortante saber que el mago del rastreo y desbloqueo de recuerdos tambi�n cree que ning�n cerebro es una isla.
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