Researchers identify human brain processes critical to short-term memory

Cedars-Sinai neuroscientists have uncovered processes involved in how the human brain creates and maintains short-term memories.

"This study is the first clear demonstration of precisely how human brain cells work to create and recall short-term memories," said Ueli Rutishauser, PhD, associate professor of Neurosurgery in the Cedars-Sinai Department of Neurosurgery and the study's senior author. "Confirmation of this process and the specific brain regions involved is a critical step in developing meaningful treatments for memory disorders that affect millions of Americans."

The study's findings, published online Feb. 20 and in the April print edition of Nature Neuroscience, involve a type of brain cell, called a persistently active neuron, that is vital for supporting short-term memory. Results indicate that this specific type of neurons remain active for several seconds when a person is required to memorize an object or image and recall it at a later time.

The findings reveal critical new information on how the human brain stores and maintains short-term memories - the ability to remember ideas, thoughts, images and objects during a time frame of seconds to minutes. Short-term memory is essential for making decisions and mental calculations.
"Because impaired short-term memory severely weakens someone's ability to complete everyday tasks, it is essential to develop a better understanding of this process so new treatments for memory disorders can be developed," said Jan Kaminski, PhD, a neuroscientist at Cedars-Sinai and lead author of the study.

Researchers found persistently active neurons in the medial frontal lobe as well as the medial temporal lobe. The neurons remained active even after the patient stopped looking at an image or object. Until now, the medial temporal lobe was thought to be involved only in the formation of new long-term memories. Now, however, the new findings show that both areas of the brain are critical for maintaining short-term memory and rely upon the ongoing activity of the neurons for memorization.
During the study, a team of Cedars-Sinai neurosurgeons implanted electrodes to precisely locate the source of seizures in 13 epilepsy patients. Investigators then studied the electrical activity of individual neurons while patients performed a memory test.

During the test, patients viewed a sequence of three images, followed by a two-to-three-second delay. Then patients were shown another image and were asked to decide whether they had previously seen the image.

"A surprising finding of this new study is that some of the persistently active neurons were only active if the patient memorized a specific image," Kaminski said. "For example, the researchers discovered a neuron that reacted every time the patient memorized an image of Han Solo, a character in the movie Star Wars, but not any other memory."

Another key finding of the study was a correlation between the strength of the neurons' activity and the ability to later make use of the memory.

"We noticed that the larger the increase in activity, the more likely the patient was to remember the image. In contrast, if the neuron's activity was weak, the patient forgot the image and thus lost the memory," said Adam N. Mamelak, MD, professor of Neurosurgery, director of Functional Neurosurgery at Cedars-Sinai and a co-author of the study.

Keith L. Black, MD, chair of the Department of Neurosurgery at Cedars-Sinai, said the breakthrough can be credited to the partnership between neurosurgery and neurology clinicians working with neuroscientists.

"This unique collaboration allows us to discover the mechanisms of memory in the human brain," Black said. "This is key for moving closer to finding treatments for memory disorders, epilepsy and other diseases."

Rutishauser said a next step is understanding how multiple areas of the brain work together to support short-term memory.

"Now that specific neurons that support short-term memory have been discovered, we have a way to study their interaction systematically," he said.

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Los monos se fían de su buena memoria para hacer apuestas

¿Hasta qué punto somos diferentes de otras especies animales? En 2006, los científicos nos sorprendían con la noticia de que incluso los elefantes, como había ocurrido previamente con primates y delfines, eran capaces de reconocer su imagen en un espejo. Esta es una cualidad que hasta hace poco se consideraba exclusiva de nuestra especie.

El reconocimiento de la propia imagen en un espejo se interpreta como la capacidad de individualizarse de los semejantes, de tener consciencia de uno mismo. A medida que más animales tienen la oportunidad de verse reflejados en un espejo, demuestran que en un corto periodo de tiempo, saben que no se trata de miembro de su especie el que allí aparece, sino de ellos mismos. Incluso los cerdos pueden hacer esta deducción.

Otra cualidad considerada exclusivamente humana, la metacognición, también la compartimos. Consiste en la capacidad de reflexionar sobre nuestros procesos de pensamiento y la forma en que aprendemos. Y resulta que tampoco tenemos la exclusiva; los chimpancés también pueden hacerlo, como se ha descubierto hace unos meses.

Y ahora, una nueva investigación publicada en Science ha identificado un área del cerebro de los macacos utilizada para evaluar su habilidad para evocar recuerdos, denominada metamemoria. Otro de nuestros reductos especiales, que parece que no lo es tanto.

Hasta la fecha, este proceso de metamemoria, que requiere un mayor nivel de autorreflexión sobre nuestra propia memoria (cómo funciona, nuestra habilidad para utilizarla, los beneficios de utilizarla, etc), había sido considerado por algunos como algo exclusivo de los seres humanos, aunque esta investigación sugiere lo contrario.

¿Estamos siendo destronados? En absoluto, esto solo demuestra que la evolución va sobre seguro y aprovecha lo que ya ha dado resultado para mejorarlo. Nuestra metacognición nos ha permitido tomar la delantera al resto de los primates que también la poseen, porque está más evolucionada. Igual ocurre con la metamemoria.

En el año 2000, dos investigadores, Ridgway y Saul, exploraron esta capacidad en humanos de una forma muy simple, empleando un billete de cinco libras esterlinas, algo bastante familiar para los ingleses. Se pidió a los participantes que observaran una copia de un grabado que aparece en el billete y dijeran si lo habían visto antes y dónde.

Curiosamente, el 75 por ciento de los participantes estaba completamente seguro de no haberlo visto nunca, explica un artículo publicado en "Universitas Psychologica". Cuando se les informó sobre la fuente del grabado, los participantes no podían creer que ellos hubiesen fallado en identificar algo de tan frecuente uso, y solían buscar un billete para confirmar que efectivametne el grabado aparecía allí.

Esto puso en evidencia la discrepancia entre lo que ellos creían que recordaban y lo que realmente recordaban. Y muestra varios componentes de la metamemoria: la importancia percibida de una buena memoria (logro) y el sentimiento de incomodidad por no recordar algo cotidiano (ansiedad).

Ahora Kentaro Miyamoto y su equipo, de la Universidad de Tokio, han desarrollado una forma de poner a prueba le metamemoria, pero en primates no humanos. De forma parecida al experimento anterior con humanos, los macacos tenían que juzgar su confianza en la capacidad de recordar experiencias pasadas. Y al parecer, los animales optaban por hacer apuestas más altas sobre los resultados de una prueba en la que tenían que recordar cuando estaban más seguros de que sus juicios basados en la memoria eran correctos.

A la vez, mediante neuroimagen funcional, los investigadores consiguieron identificar una región específica en la corteza prefrontal del cerebro esencial para la toma de decisiones basadas en la metamemoria, es decir, la consciencia de que podemos recordar información cuando la necesitamos para tomar una decisión. Cuando la inactivaban se producía un deterioro selectivo de la confianza de los macacos en que podían recordar, pero no de la memoria misma.

Según los investigadores, estos resultados abren el camino para un mejor estudio de las bases neuronales de la metacognición utilizando un modelo animal, donde la metamemoria había sido difícil de evaluar hasta ahora.

Tomado de: http://www.abc.es/ciencia/abci-monos-fian-buena-memoria-para-hacer-apuestas-201701122040_noticia.html

Arrojan más luz sobre la función del calcio en el aprendizaje y la memoria

Descubren en moscas de la fruta que el calcio mitocondrial contribuye al desarrollo de la memoria.

Cell Reports

El calcio puede contribuir al desarrollo del cerebro y de la cognición, según han descubierto en moscas de la fruta. [iStock/ Susie3Ford]

Se sabe que el calcio desempeña una función importante para nuestros huesos y dientes, pero su papel para las neuronas —en particular, su efecto en los procesos de aprendizaje y memoria— es menos conocido.

Investigadores del Instituto de investigación Scripps (TSRI, por sus siglas en inglés) acaban de hallar nuevos indicios que demuestran cómo el calcio influye en las mitocondrias (la fuente de energía de las células) y puede contribuir al desarrollo del cerebro y de la cognición. El equipo descubrió en moscas de la fruta (Drosophila melanogaster) que el bloqueo de un canal por el que llega el calcio a la mitocondria, llamado uniportador mitocondrial de calcio, causa un deterioro de la memoria, aunque no altera la capacidad de aprendizaje.

«Al eliminar la actividad del uniportador, observamos que las moscas presentaban déficits de memoria», indica Ron Davis, autor del estudio y director del departamento de neurociencia del TSRI. «Pero nos sorprendió que todavía eran capaces de aprender, aunque fuera solo con un recuerdo fugaz. Pensábamos que no serían capaces de aprender en absoluto», agrega.

Desarrollo de la memoria

La proteína del uniportador mitocondrial de calcio, identificada por primera vez en 2011, permite que los iones de calcio se muevan desde el interior de la célula a la mitocondria. Esta se halla regulada por otras proteínas (MICU1, MICU2 y EMRE). Los pacientes humanos con mutaciones en MICU1 pueden presentar problemas de aprendizaje, señala Davis.

«La conclusión novedosa de este estudio es que la entrada de calcio mitocondrial durante el desarrollo resulta necesaria para establecer la competencia neuronal que contribuye a la memoria adulta», informa Ilaria Drago, investigadora principal del trabajo.

El equipo halló que la inhibición de la función del uniportador mitocondrial de calcio conducía a una disminución en el contenido de las vesículas sinápticas (sacos minúsculos dentro de la célula donde se almacenan varios neurotransmisores) y a un aumento en la longitud de los axones (los filamentos delgados de las neuronas).

Con todo, los autores adivierten que si bien detectaron problemas estructurales, todavía se desconoce su función concreta en el desarrollo neuronal. «El descubrimiento de que el complejo de uniportador mitocondrial de calcio desempeña una función de desarrollo en la regulación de la memoria en moscas adultas resulta intrigante y merece una exploración más profunda», apunta Davis.

Más información en Cell Reports

Fuente: Instituto de Investigación Scripps

Tomado de: http://www.investigacionyciencia.es/noticias/arrojan-ms-luz-sobre-la-funcin-del-calcio-en-el-aprendizaje-y-la-memoria-14497?utm_source=boletin&utm_medium=email&utm_campaign=Del+3+al+9+de+septiembre+2016

Así trata el cerebro la física

© ISTOCKPHOTO/CHATCHAISURAKRAM

Para aprender ciencia, nuestro cerebro readapta redes neuronales encargadas de procesar información cotidiana.

Cepelewicz, Jordana


Los primeros Homo sapiens no sabían nada de la teoría de la relatividad general de Einstein. Sin embargo, hoy se espera que cualquier estudiante de física entienda al menos sus principios básicos. «¿Cómo es posible que nuestros "antiguos" cerebros aprendan nuevas ciencias y representen conceptos abstractos?», se pregunta Marcel Just, neurocientífico de la Universidad Carnegie Mellon. En un trabajo cuyos resultados aparecieron publicados en junio en Psychological Science, Just y su colaborador Robert Mason hallaron que, al pensar en conceptos físicos, el cerebro pone en marcha patrones de activación cerebral correspondientes a capacidades neuronales cotidianas, como procesar el ritmo o la estructura de una frase. Es decir, dichos patrones se readaptan para aprender conceptos científicos abstractos.

Just y Mason tomaron imágenes cerebrales de nueve estudiantes avanzados de física e ingeniería mientras se centraban en 30 conceptos físicos, como momento, entropía o corriente eléctrica. Después, introdujeron los datos en un programa informático de aprendizaje automatizado, el cual logró predecir en qué estaban pensando los sujetos a partir de su actividad cerebral. Eso fue posible porque los patrones neuronales que intervenían al considerar un concepto determinado (la gravedad, por ejemplo) eran los mismos en todos los participantes. «Cada uno aprende física en aulas diferentes, con profesores distintos y a su propio ritmo», observa Mason. «Así que no deja de resultar sorprendente que, en todos los estudiantes, se hayan desarrollado las mismas regiones cerebrales para entender un concepto físico.»

Los investigadores compararon los escáneres de su estudio con investigaciones previas que habían asociado ciertas actividades neuronales a procesos mentales concretos. Vieron que, ante los conceptos científicos de frecuencia o longitud de onda, se activaban las mismas regiones que al contemplar bailarines, escuchar música u oír una pauta rítmica, como el galope de un caballo; probablemente, porque todos esos casos implican percibir algún tipo de periodicidad. Por otro lado, cuando los estudiantes se enfrentaban a ecuaciones matemáticas, las zonas afectadas eran las que de ordinario se encargan de procesar las frases. Los resultados dan a entender que algunas estructuras neuronales genéricas se readaptan para ocuparse de nociones científicas complejas. «Por tanto, aunque algunos de esos conceptos solo se hayan formalizado en los últimos dos siglos, nuestro cerebro ya estaba hecho para vérselas con ellos», señala Just.

Mason cree que tales hallazgos podrían contribuir algún día a determinar qué lecciones deben enseñarse juntas para facilitar su comprensión. Ahora, Just y él tienen pensado continuar sus investigaciones con otras ciencias de las que nuestros antepasados sabían poco, como la genética y la informática.

Tomado de: http://www.investigacionyciencia.es/revistas/investigacion-y-ciencia/numero/479/as-trata-el-cerebro-la-fsica-14399?utm_source=boletin&utm_medium=email&utm_campaign=Psicolog%C3%ADa+y+neurociencias+-+Agosto+%284%29

¿Podemos aprender a olvidar?

THOMAS FUCHS

Los neurocientíficos comienzan a entender cómo controla el cerebro su propio centro de la memoria.
Gholipour, Bahar

Tras un acto reflejo para agarrar la sartén que cae del fogón, uno es capaz de retirar la mano en el último momento para evitar quemaduras. Esto es así porque el control ejecutivo del cerebro puede intervenir para frenar una cadena de órdenes automáticas. Nuevos datos indican que lo mismo puede suceder en el reflejo de la memoria y que el cerebro puede detener la recuperación espontánea de recuerdos potencialmente dolorosos.

Dentro del cerebro, los recuerdos se asientan en una red de información interconectada. Como resultado, un recuerdo puede desencadenar otro, haciéndolo emerger a la superficie sin ningún esfuerzo consciente. «Cuando rememoramos un suceso u objeto, la respuesta automática de la mente es ayudarnos presentándonos todo aquello que se asocia con él», comenta Michael Anderson, neurocientífico de la Universidad de Cambridge. «Pero a veces recordamos cosas en las que preferiríamos no pensar.»

Sin embargo, los humanos no estamos indefensos ante este proceso. Los estudios de imagen previos sugieren que las áreas frontales del cerebro pueden disminuir la actividad del hipocampo, una estructura crucial para la memoria, y, por tanto, pueden suprimir la recuperación de los recuerdos. En un esfuerzo por ahondar en la cuestión, Anderson y sus colaboradores investigaron recientemente lo que sucede después de suprimir el hipocampo. Pidieron a 381 estudiantes universitarios que aprendieran pares de palabras vagamente relacionadas. Más tarde, se les mostró una palabra y se les pidió que recordaran la otra; o que hicieran lo contrario y, de forma activa, no pensaran en la otra palabra. A veces, entre estas tareas se les presentaba imágenes inusuales, como un pavo real en un aparcamiento.

Como se describe en Nature Communications, los investigadores hallaron que la capacidad de los participantes para evocar más tarde los pavos reales y otras imágenes absurdas fue un 40 por ciento inferior si habían sido instruidos para suprimir el recuerdo de las palabras antes o después de ver las imágenes, en comparación con los ensayos en los que se les había pedido recordar las palabras. El hallazgo aporta nuevas pruebas de que existe un mecanismo de control de la memoria y sugiere que tratar de olvidar activamente un recuerdo en particular puede afectar negativamente a la memoria general. Los investigadores denominan el fenómeno «sombra amnésica», porque aparentemente bloquea el recuerdo de acontecimientos no relacionados que suceden próximos al momento en que disminuye la actividad del hipocampo. Los resultados pueden incluso explicar por qué algunas personas que han sufrido traumas (y luego trataron de olvidarlos) presentan poca memoria de los acontecimientos diarios, según opinan expertos no implicados en el estudio.

Salvo la amnesia temporal, la supresión de recuerdos a la carta podría ser una habilidad útil, apunta Anderson. Es por ello que él y su colaboradora Ana Catarino están estudiando si es posible entrenar a personas en el arte de la supresión: actualmente están llevando a cabo un experimento en el que monitorizan la actividad cerebral de los participantes en tiempo real, a la vez que les van informando verbalmente sobre cómo disminuye la actividad del hipocampo. Ambos proponen que los resultados podrían ayudar a algunas personas a aprender mejor a olvidar selectivamente el pasado, una habilidad que podría aliviar particularmente el dolor de las personas con trastorno de estrés postraumático.

Tomado de: http://www.investigacionyciencia.es/revistas/investigacion-y-ciencia/numero/479/podemos-aprender-a-olvidar-14402?utm_source=boletin&utm_medium=email&utm_campaign=Sumario+Investigaci%C3%B3n+y+Ciencia+Agosto+2016