Crean falsos recuerdos en ratones para descubrir memoria humana

Los investigadores japoneses y estadounidenses han logrado dar por primera vez con un método para crear falsos recuerdos en ratones, al utilizar las neuronas del hipocampo, una región profunda del cerebro, responsable del aprendizaje y la memoria de los mamíferos. 

Según el estudio publicado en la revista 'Science', los investigadores implantaron diminutas fibras ópticas en los cerebros de los ratones vivos con el fin de proporcionar directamente impulsos a las neuronas que han sido genéticamente modificadas para reaccionar a los destellos. 

En primer lugar los científicos tras activar neuronas que son responsable de formar la memoria, situaron a los ratones en una caja “ A”, una zona sin ningún peligro. 

Después los ratones entraron en la caja “ B”, donde los investigadores reactivaron los recuerdos de la caja A con pulsiones luminosas en las células del hipocampo de los ratones, y a la vez provocaron una serie de leves descargas eléctricas en las patas de los ratones. 

Cuando los ratones regresaron a la caja segura “A” , donde no pasaba nada, se congelaron por el miedo. 

Debido a que los mecanismos de la formación de la memoria son casi similares en ratones y seres humanos, esta investigación podría ayudar a los científicos a descubrir el mecanismo neurológico de este fenómeno misterioso en los seres humanos, así como saber más sobre la memoria deformada de sucesos o experiencias vividas, y así reducir el número de testimonios que encarcelan a personas inocentes. 

Tomado de: http://www.hispantv.com/detail/2013/07/26/234408/crean-falsos-recuerdos--ratones-para-descubrir-memoria-humana

The Era of Memory Engineering Has Arrived

How neuroscientists can call up and change a memory


It’s the premise of every third sci-fi thriller. Man wakes up to his normal seeming life, but of course it isn’t. At first, just the little things are off – the dog won’t eat and the TV keeps looping some strange video – but whatever. A few cuts later, with only his granddad’s rusty brass knuckles and a steely-eyed contempt for authority, our hero reveals a conspiracy that kicks up straight to the top. There were deals. Some blackmailing. A probe or two. But in the end, what’s most important is that everything he thought he knew was wrong. Because the scientists (Noooo!!) got to him with one of those electrode caps and rewrote his memory. Everything – the job, the daughter, the free parking – is a lie.

The dramatic ploy works on us because memory seems inviolable, or at least, we desperately hope that it is. We allow that our memories may fade and fail a bit, but otherwise, we go on the sanity-preserving assumption that there is one reason why we remember a particular thing: because we were there, and it actually happened.

Now, a new set of experiments, led by MIT neuroscientists Steve Ramirez and Xu Liu in Susumu Tonegawa’s lab, shows that this needn’t be the case. Using a stunning set of molecular neuroscience techniques (no electrode caps involved), these scientists have captured specific memories in mice, altered them, and shown that the mice behave in accord with these new, false, implanted memories. The era of memory engineering is upon us, and naturally, there are big implications for basic science and, perhaps someday, human health and society.

Although the techniques these investigators used to manipulate memory involved a jaw-dropping sampling from modern neuroscience’s bag of tricks, the essential strategy is easy to understand. Basically, you need a way of labeling neurons that were active during a specific experience, and a switch to operate them.

Enter designer mice. The mice in Ramirez and Liu’s experiments had been genetically modified so that when their neurons were highly active (and therefore presumably encoding ongoing experiences) those same neurons would produce a molecular label, as well as a molecular ‘ON’ switch. The label caused the neurons to glow red, and the switch was the now famous, and likely-future-Nobel-landing molecule Channelrhodopsin, which renders neurons light-activated. In these mice, then, the scientists could quite literally see recent experiences that had been written to specific brain cells. Even more impressively, they could activate those very same neurons in behaving mice by shining light on them, re-awakening whatever fragments of experience those cells had presumably encoded.

A final, and key feature of Ramirez et al’s labeling system was that it could itself be switched on or off, under control of the common antibiotic doxycycline. If doxycyline was given to the mice in their diet, the labeling process was snuffed out. If doxycycline was removed though, labeling was unimpeded. This was critical for labeling memories formed only during specific, experimenter-defined time windows. 


In their main experiment, the researchers removed doxycycline for a short spell as mice explored a novel arena, allowing the neurons representing that arena –especially those neurons in a brain area called the hippocampus – to become labeled and light-activatable. The mice were then given doxycycline again to stop the labeling process. In this way, the experimenters had given themselves a literal biological handle on something that seems hopelessly subjective: a mental representation of a particular experience, at a particular time.

Impressive as it is to label a mental representation like this, this was still only the first half of Ramirez and Liu’s experiment. What they were really interested in is memory engineering – whether this specific representation could be brought on line again artificially and modified. In other words, could they make mice recall something that had in fact never occurred?

Their hunch was that the specific but otherwise unremarkable memory of the arena could be re-tooled and loaded with novel emotional content. To do this, the experimenters moved the mice to a new setting, shone light onto the rodents’ brains to re-awaken the memory of the previous arena, and paired this with a series of electrical shocks to induce fear.

Later, when the mice were returned to the original arena, they showed a much higher rate of behavioral freezing – the innate, ‘paralyzed with fear’ reaction that most mammals show in response to frightening situations. In other words, their brains had been tricked into thinking that the arena was a frightening place associated with shocks, even though no shocks had ever been given there. To rule out the more mundane possibility that the mice were just generally more fearful after the shocks, the researchers showed that fear reactions were specific to the original arena, and absent when mice were tested in new arenas.

As their final act of memory manhandling, the experimenters asked whether they could not only lay down a new false memory, but also if these memories would guide overt behaviors. This involved a slight variation on the previous experiment. Mice were placed in a two-room arena, and the mental representation of one of these rooms was selectively labeled using the same technique as above – that is, restricting doxycycline when present in one of the rooms, but not the other. As before, the memory for this room was awakened in a new context by light stimulation, and simultaneously paired with an electrical shock. Finally, the mice were placed back in the two-room arena, and allowed to spontaneously explore it. The mice showed a strong preference for the non fear-conditioned room, indicating that falsely implanted memories can bias ongoing behaviors.  These memories are folded into a mouse’s way of looking at the world.

Naturally, one wonders whether these techniques might someday find human applications. Perhaps it would be possible to rebuild particularly cherished and important memories that have deteriorated with age or disease? Or perhaps, more provocatively, some might even embrace the idea of falsified memory – artificially adding in happiness where there is only remembered pain, or subtracting out enduring despair that’s long outlived its usefulness. These are some ethically tricky situations, to be sure. At the same time, though, it’s hard to not sympathize with someone, say a war veteran or a rape victim, who might want the emotional content of a specific, life-destroying memory modified.


For now, these are all hypotheticals, given that memory engineering at the cellular level is currently only possible in highly engineered strains of mice who are tricked out with molecular beacons and switches, and whose memories are established in highly stylized ways. Nevertheless, these experiments should certainly give us pause. This is still a very long way off, but we’ve gotten a glimpse of how you might eventually modify the brain to modify more complex, narrative-like memories. It probably won’t be with electrode caps.

Tomado de: http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=era-memory-engineering-has-arrived&page=2

Cerebro con dificultad para olvidar

Los adultos se apegan a información inútil que les impide aprender.

Los niños superan con bastante ventaja a los adultos a la hora de aprender, sobre todo si se trata de idiomas. Una de las razones podría encontrarse en que el cerebro adulto se halla, en cierto modo, «repleto». La creación de nuevos recuerdos depende, en parte, de la destrucción de otros antiguos. Los adultos presentan en alto grado una proteína que dificulta tal olvido, indica un estudio reciente.

Cuando aprendemos, las neuronas se conectan entre sí a través de nuevas sinapsis, conexiones que facultan su comunicación. En cambio, cuando un recuerdo se desvanece, las sinapsis correspondientes se debilitan. Un equipo dirigido por Joe Tsien, del Colegio Médico de Georgia, dotó a ratones transgénicos de un nivel elevado de NR2A. Esta subunidad proteínica forma parte de un receptor en la superficie de ciertas neuronas, el cual regula el ingreso y egreso de magnesio y calcio en la célula. Se sabe que en el cerebro de los mamíferos, el NR2A tiende a prevalecer con la edad. Los múridos manipulados, aunque jóvenes, exhibían valores de NR2A propios de ejemplares adultos, de manera que acusaron cierta dificultad para formar recuerdos de larga duración. Su cerebro apenas podía debilitar las sinapsis, proceso que permitiría la pérdida de información inútil a favor de datos más recientes.

Puede que un fenómeno similar regule la memoria a corto plazo. Según un artículo aparecido en Cell en 2010, el cerebro produce una proteína que destruye las sinapsis que codifican la recordación a corto plazo.

La tesis de que el olvido resulta esencial para la memoria y la salud emocional cuenta con abundante respaldo de la investigación psicológica. Según un artículo de Tsien, publicado en Scientific Reports el pasado enero, los cerebros de más edad sienten un fuerte apego por sus conexiones sinápticas. Ello explica por qué cuando envejecemos nos resulta más laborioso aprender; asimismo esclarece el motivo por el que los problemas de memoria en edades avanzadas entrañan a menudo la recordación accidental de información obsoleta.

Tomado de: http://www.investigacionyciencia.es/mente-y-cerebro/numeros/2013/7/cerebro-con-dificultad-para-olvidar-11225

Hormonas sexuales para el conocimiento, memoria y aprendizaje

En el Instituto de Medicina y Biología Experimental de Cuyo (IMBECU-CONICET), los investigadores Matías Sánchez y Marina Flamini investigan los rápidos mecanismos de señalización que controlan la plasticidad neuronal mediante hormonas sexuales. Estos procesos modulan el movimiento de las células a través del control de la red de filamentos proteicos que forman el esqueleto celular conocido como citoesqueleto actínico.

Las hormonas sexuales controlan la plasticidad neuronal al modificar la densidad de espinas dendríticas en una neurona.

En un trabajo reciente publicado en Molecular Endocrinology (Abril 2013) los investigadores dieron a conocer el descubrimiento de nuevas vías por las cuales la progesterona promueve la formación de espinas dendríticas. “Estas estructuras son fundamentales para el conocimiento, la memoria y el aprendizaje. Las espinas son ramificaciones de las neuronas dedicadas principalmente a la recepción y transmisión de estímulos o impulsos nerviosos”, explica Sánchez, investigador asistente del CONICET en el IMBECU.

Las hormonas sexuales y el cerebro
Desde hace tiempo se estudia el cerebro como un importante blanco de hormonas sexuales, que desempeñan múltiples funciones regulatorias como proliferación, supervivencia y diferenciación celular. “Las hormonas sexuales, particularmente el estrógeno y la progesterona, controlan la plasticidad neuronal, es decir, la propiedad celular que permite que las neuronas establezcan interconexiones que modulan la percepción de los estímulos”, asegura Flamini, investigadora asistente del CONICET en el IMBECU.

Las hormonas sexuales controlan la plasticidad neuronal al modificar la densidad de espinas dendríticas en una neurona. Estos cambios están vinculados con las variaciones cíclicas de estrógenos y progesterona, importantes para explicar diferencias entre hombres y mujeres en las funciones y disfunciones neuronales.

Recientes estudios clínicos sugieren que la falta o la disminución de los niveles de hormonas sexuales, como sucede en mujeres menopáusicas, pueden estar correlacionadas con el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas como Alzheimer, Parkinson o demencia. Más aún, se postula que la Terapia Hormonal Sustitutiva en la mujer menopáusica puede disminuir la progresión de este tipo de patologías. Esto sugiere que los estrógenos y progestágenos podrían tener un rol clave en el control de la plasticidad y la transmisión de la información entre neuronas y un efecto protector contra los daños derivados de enfermedades neurodegenerativas.

La importancia de los nuevos descubrimientos y perspectivas
Se sabía que la progesterona influye en el desarrollo neuronal embrionario y continúa actuando sobre las neuronas maduras mediante el control dinámico de los filamentos de actina, que forman parte del ‘esqueleto’ de la célula. Los resultados obtenidos por Sánchez y Flamini sirven para comprender cómo la progesterona promueve cambios en la plasticidad y en la transmisión neuronal, lo que promete importantes implicaciones biológicas y médicas.

“Nuestro trabajo mostró que la progesterona usa diversas proteínas reguladoras del esqueleto de actina para inducir cambios en la morfología neuronal, y que esto se logra a través de al menos dos mecanismos de regulación dependientes del receptor de progesterona”, analiza Sánchez, quien explica que la interacción entre la progesterona y su receptor permite a la hormona reclutar diversas proteínas que intervienen en la regulación del remodelamiento del esqueleto de actina.

Una vez que ocurren estos cambios a nivel de la membrana celular, se forman complejos de adhesión focales que permiten a las células adherirse e inducir la formación de estructuras especializadas como las dendritas. Esta serie de eventos son necesarios para completar el delicado mecanismo que controla la formación dendrítica regulada por la progesterona.

Estudios recientes demostraron que la perdida de la función de la proteína que controla este proceso resulta en una disminución en la formación de dendritas, que se vincula con déficit en el conocimiento, memoria y aprendizaje. “Esto sugiere que algunos trastornos degenerativos asociados con disminución o pérdida de estrógenos y progestágenos podrían deberse, en cierta medida, a la falta de activación y control por parte de estas hormonas de proteínas como la WAVE1, que sirve para ‘anclar’ los filamentos”, comenta Flamini.

Según los investigadores, futuras investigaciones pueden conducir a una mejor comprensión del rol de los esteroides sexuales sobre el control dinámico de la fisiología cerebral. “Esto a su vez podría ayudar al desarrollo de nuevos fármacos para terapias endocrinas contra enfermedades neurológicas relevantes”, concluyen.

Tomado de: http://www.visionfederal.com/2013062415679/Ciencia-/-Tecnologia/hormonas-sexuales-para-el-conocimiento-memoria-y-aprendizaje.html

El cerebro humano es capaz de producir cerca de 1.400 nuevas neuronas cada día

El cerebro humano es capaz de producir nuevas neuronas en el hipocampo a lo largo de toda la etapa adulta. Una regeneración que cada año representa alrededor del 1,75% de las neuronas de esta región cerebral relacionada con la memoria, lo que significa que cada día se producen 1.400 nuevas. La neurogénesis en los adultos, de la que había más evidencias que pruebas palpables desde que fue descubierta a finales de los años 60 del siglo pasado, ha sido demostrada y, lo más importante, cuantificada. Los responsables del hallazgo han sido un grupo de científicos suecos del instituto médico universitario Karolinska, según un estudio que han publicado en el último número de la prestigiosa revista Cell.

La metodología utilizada por estos biólogos celulares ha sido una de las aportaciones más innovadoras para continuar la investigación en este campo de estudio. Los autores midieron la concentración de carbono-14 en el ADN de las neuronas del hipocampo de personas fallecidas. Los investigadores sabían de antemano que dicha concentración de carbono-14 en los genes fue variando en el tiempo desde 1963, cuando cesaron los ensayos de bombas atómicas atmosféricas que provocaron su introducción en la cadena trófica a través de la fotosíntesis, por lo que cuantificando su proporción en los genes lograron datar el nacimiento de las neuronas.Cada año se regenera casi el 2% de las neuronas del hipocampo

Los resultados del estudio derivados de esta datación del nacimiento de las neuronas concluyeron que un tercio de las células no correspondían ni a la fase de nacimiento ni de desarrollo, por lo que se habrían generado en la edad adulta. Es más, la neurogénesis se produce hasta casi los últimos días de vida. Unas conclusiones que llevaron a los investigadores a preguntarse p
or el papel que juega este fenómeno en las funciones cognitivas del cerebro.

La importancia de las nuevas neuronas en las funciones cognitivas

"Hemos proporcionado la primera evidencia de que hay neurogénesis sustancial en el hipocampo humano durante toda la vida, lo que sugiere que las nuevas neuronas pueden influir en el funcionamiento del cerebro humano", explicó el autor principal del estudio, Jonas Frisén. La primera hipótesis lanzada por los investigadores es que “las nuevas neuronas podrían tener un valor fundamental para codificar la información recibida por el cerebro”.Una neurogénesis deficiente aumenta el riesgo de sufrir ciertos trastornos psiquiátricos

Por el contrario, una neurogénesis deficiente, inferior al 1,75% anual, podría contribuir a la aparición de ciertos trastornos psiquiátricos, aunque esta segunda tesis está condicionada a los factores ambientales que provocan la muerte de este tipo de células. "Durante mucho tiempo se ha sospechado que la depresión está relacionada con la reducción de la neurogénesis del hipocampo y nuestros hallazgos sugieren que podrían desarrollarse antidepresivos más eficaces" en base a estos resultados, según adelantó el coordinador del estudio.

El porcentaje de renovación de las neuronas en humanos coincide con los resultados de otros ensayos llevados a cabo con ratones de laboratorio. En el caso de los roedores se ha utilizado una técnica que consiste en la introducción de marcadores fluorescentes en las neuronas del hipocampo, mediante la que demostraron la importancia de las nuevas neuronas en las funciones cognitivas. Según estas investigaciones previas, las neuronas producidas en la edad adulta tienen un mayor peso y se utilizan de forma preferencial.

La importancia de los hábitos de vida saludables

Otra de las mayores sorpresas del estudio conducido por Frisén fue que la neurogénesis se mantiene hasta los últimos años de vida, pero a esta edad maduran de forma mucho más lenta, lo que potencia la aparición de enfermedades neurodegenerativas. Sin embargo, los estímulos cognitivos y los ejercicios de memoria contribuyen a acelerar su maduración y, por tanto, a frenar enfermedades como el alzhéimer o el parkinson, como ha demostrado la mayoría de estudios epidemiológicos.

Si mantener una mente activa contribuye a reducir el deterioro cognitivo durante el envejecimiento, la alimentación saludable también es otro de los mejores seguros para proteger la psique. Y es que las enfermedades derivadas en gran parte de una mala alimentación, como la obesidad, el colesterol o la diabetes tipo 2, causan graves daños en el cerebro. Sin embargo, los científicos intuyen que todavía existe una serie de factores ambientales sin identificar y que perjudican gravemente la actividad cerebral.

Tomado de: http://www.elconfidencial.com/alma-corazon-vida/2013/06/27/el-cerebro-humano-es-capaz-de-producir-cerca-de-1400-nuevas-neuronas-cada-dia-123781/