Cuando el ahora famoso paciente neurológico Henry Molaison tuvo el hipocampo de su cerebro seccionado quirúrgicamente para tratar convulsiones en 1953, la comprensión de la memoria por parte de la ciencia recibió inadvertidamente tal vez su mayor impulso. Molaison perdió la capacidad de formar nuevos recuerdos de los eventos, y su recuerdo de todo lo que había sucedido durante el año anterior se vio gravemente afectado. Otros tipos de memoria, como el aprendizaje de habilidades físicas, no se vieron afectados, lo que sugiere que el hipocampo maneja específicamente el recuerdo de eventos, conocidos como recuerdos «episódicos».

Investigaciones adicionales en otros pacientes con daño del hipocampo confirmaron que los recuerdos recientes están más deteriorados que los distantes. Parece que el hipocampo proporciona almacenamiento temporal para nueva información, mientras que otras áreas pueden manejar la memoria a largo plazo. Los eventos que más tarde podemos recordar parecen ser canalizados para un almacenamiento más permanente en la corteza (las capas externas del cerebro responsables de funciones superiores como la planificación y la resolución de problemas). En la corteza estos recuerdos se forman gradualmente, integrándose con información relacionada para construir conocimiento duradero sobre nosotros mismos y el mundo.

Los recuerdos episódicos destinados al almacenamiento a largo plazo se acumulan para formar la memoria «autobiográfica» que es tan esencial para nuestro sentido de identidad. Los neurocientíficos saben mucho sobre cómo se forman los recuerdos a corto plazo en el cerebro, pero los procesos subyacentes al almacenamiento a largo plazo aún no se entienden bien.

Un nuevo estudio publicado este mes en Science, del neurocientífico Susumu Tonegawa y un grupo de colegas del Centro RIKEN–MIT de Genética de Circuitos Neuronales, proporciona información sobre lo que sucede en el cerebro cuando se forma una memoria a largo plazo, destacando el papel crítico de la parte delantera de la corteza. «Es el análisis de circuito más detallado de la contribución de la corteza prefrontal a la recuperación de la memoria que tenemos hasta la fecha», dice el neurocientífico Stephen Maren de Texas A&M University en College Station, que no participó en el trabajo.

El nuevo estudio del grupo de Tonegawa se basa en investigaciones anteriores que demuestran que los recuerdos episódicos están representados físicamente en poblaciones de células en partes del hipocampo. En esos estudios, los investigadores diseñaron genéticamente ratones para que ciertas neuronas produjeran proteínas sensibles a la luz. Las actividades eléctricas y químicas en las neuronas podrían ser activadas o desactivadas por pulsos de luz entregados a través de un cable de fibra óptica implantado en el cráneo de cada ratón, una técnica conocida como optogenética.

A los ratones cableados se les administró un fármaco que bloquea la producción de proteínas sensibles a la luz. Retirar a los ratones de la droga permitió que las células se dispararan mientras exploraban un nuevo entorno para fabricar las proteínas, «etiquetando» efectivamente la memoria de ese entorno. Estos grupos de células, conocidos como «engramas» de memoria, se podían controlar con los haces de fibra óptica.

Con estas herramientas en la mano, los investigadores aplicaron descargas eléctricas a los pies de ratones en algunos de sus recintos, pero no en otros. Los ratones se congelaron cuando se los devolvió a un ambiente en el que previamente estaban conmocionados, lo que indica un «recuerdo de miedo».»Cuando los investigadores activaron los engramas, esto provocó la misma reacción de miedo. Los aspectos emocionales de los recuerdos se almacenan por separado, en una región llamada amígdala, pero al activar el engrama en el hipocampo se activan todos los componentes vinculados, devolviendo la memoria completa. Esto es similar a cómo un sonido u olor puede desencadenar un recuerdo expansivo de una experiencia pasada en la vida de uno.

En el nuevo estudio, los investigadores entrenaron a ratones para asociar una jaula específica con choques en los pies. Luego, su memoria de lo que sucedió se probó en diferentes días hasta tres semanas después. Los investigadores marcaron células engramadas en la corteza y luego las activaron con luz, haciendo que los ratones se congelaran en entornos en los que nunca habían sido sorprendidos. El equipo descubrió que estos engramas corticales no podían activarse con señales naturales (que se colocaban de nuevo en el recinto donde se sorprendieron) dos días después del entrenamiento, pero podían activarse con señales naturales 13 días después.

Este hallazgo muestra que aunque los engramas corticales se forman inmediatamente, están inicialmente en lo que Tonegawa llama un estado «silencioso», lo que significa que no pueden ser activados por señales naturales. Los engramas solo maduran dos semanas más tarde en un estado «activo», en el que pueden responder a tales señales. En contraste, las células del engrama del hipocampo se activaron mediante señales naturales al segundo día después de recibir un choque en el pie, pero no el día 13, lo que indica que los engramas en el hipocampo se activan inmediatamente, pero se desvanecen gradualmente en un estado «silencioso».

La investigación de Tonegawa apunta a la existencia de sistemas de memoria complementarios: Uno permite la formación rápida de memoria, pero tiene una capacidad limitada, y por lo tanto necesita pasar información que debe retenerse a otro sistema que es más duradero pero de acción más lenta. Esto libera espacio en el hipocampo que luego se puede reutilizar. «Hay una división del trabajo. El hipocampo puede formar recuerdos activos muy rápidamente, mientras que la corteza se encarga de la estabilidad a largo plazo», explica Tonegawa. «Si no necesitas memoria prolongada, el hipocampo es suficiente; si no tienes que formar memoria activa rápidamente, la corteza es suficiente; pero queremos ambas cosas.»

Los hallazgos ayudan a aclarar cuándo y cómo se forman los recuerdos corticales. Una teoría anterior sostenía que la información se transfiere lentamente a la corteza, pero los hallazgos de Tonegawa apoyan la idea alternativa de que los engramas corticales se forman inmediatamente pero necesitan tiempo para desarrollarse. «La pregunta clave que resuelve este trabajo es si los engramas de memoria se mueven del hipocampo a los sitios de almacenamiento cortical con el tiempo o se establecen en la corteza durante el aprendizaje y se desenmascaran a medida que pasa el tiempo», dice Maren. «Esta es una fuerte evidencia de lo último.»

El equipo también mostró que el bloqueo de entradas a la amígdala desde el hipocampo durante las pruebas de memoria deterioró el rendimiento de la memoria a corto plazo (probado en el segundo y octavo días), pero no la memoria a distancia (probado en los días 15 y 22), mientras que el bloqueo de entradas a la amígdala desde la corteza mostró el patrón opuesto. En otras palabras, los engramas de memoria en la amígdala se mantenían en todo momento, y eran necesarios para recordar recuerdos de miedo, pero hubo un cambio en la región a la que la amígdala debía conectarse para que la memoria funcionara. «Las células que permiten a un ratón recordar el miedo a un recuerdo se mantienen desde el día 1 hasta tres semanas después», dice Tonegawa. «Pero hay un interruptor en el uso de conexiones: a las tres semanas, cuando el engrama del hipocampo ya no está activo, la conectividad entre el engrama de la corteza prefrontal y el engrama de la amígdala permite al animal recordar el recuerdo del miedo.»

El estudio «proporciona evidencia convincente sobre dónde y cuándo determinadas neuronas contribuyen a una forma particular de memoria de una manera esencial en momentos particulares durante y después del aprendizaje», dice el neurocientífico Howard Eichenbaum, director del Centro para la Memoria y el Cerebro de la Universidad de Boston, que no formó parte de la investigación. A pesar de que se trata de un tour de force técnico, el documento deja varias preguntas abiertas: «El estudio no nos dice si hay otras células que son importantes para este tipo de memoria, ni nada sobre otros tipos de memoria», dice. Más importante, añade, sólo nos dice que ciertas células, en algunas regiones, en determinados momentos, recuerdos—no cómo contribuyen a hacerlo. «¿Qué tipo de procesamiento de información contribuye la corteza prefrontal que no es esencial para el aprendizaje o la recuperación poco después, sino que se vuelve esencial algún tiempo después?»Cada región involucrada tiene diferentes funciones y procesa la información de diferentes maneras. Ninguno está dedicado específicamente a la memoria, que consiste en rastros dejados a medida que estos sistemas neuronales procesan experiencias. El hipocampo, por ejemplo, representa información espacial utilizando células de » lugar «que mapean el entorno, lo que potencialmente explica cómo podría contribuir al componente» dónde » de la memoria episódica. No está claro qué papel juega el procesamiento de la corteza prefrontal, pero Eichenbaum especula que su papel en la organización y elección entre alternativas podría ser cada vez más relevante a medida que envejecen los recuerdos.

Una imagen más incisiva de la forma en que funciona la memoria está empezando a surgir lentamente y estos nuevos hallazgos ayudarán a impulsar la investigación adicional sobre varios tipos de memoria.