Un estudio con moscas de la fruta revela cómo las compuertas neuronales activan la memoria a corto plazo

Un cerebro pequeño con un plano familiar

El cerebro de la mosca de la fruta contiene menos de 200.000 neuronas. El cerebro humano contiene decenas de miles de millones. Esa enorme diferencia de escala no ha impedido que los neurocientíficos traten al insecto como un modelo productivo, porque el cerebro de la mosca comparte similitudes sorprendentes con su contraparte humana — no en tamaño, sino en cómo está organizado y en cómo se comunican sus células.

Otra ventaja es su carácter completo. Cada conexión entre neuronas del cerebro de la mosca, conocida en conjunto como conectoma, ha sido mapeada. Ese diagrama completo del cableado permite a los investigadores estudiar directamente cómo interactúan distintos tipos de neuronas para producir un comportamiento determinado, algo que sigue estando fuera del alcance en cerebros más complejos.

Katherine Nagel, Ph.D., profesora asociada del Departamento de Neurociencia de la NYU Grossman School of Medicine e investigadora principal del estudio, dijo que el trabajo muestra cómo un circuito neuronal forma un recuerdo a corto plazo cuando una mosca detecta un olor. El recuerdo permite al insecto retener una dirección y desplazarse hacia un olor que ha decidido que vale la pena recordar. Añadió que, aunque los investigadores habían asumido durante mucho tiempo que este tipo de disposición subyace a la memoria de trabajo, los nuevos experimentos confirman que la disposición existe y demuestran cómo opera en un entorno específico.

La memoria de trabajo necesita estabilidad y flexibilidad

La memoria de trabajo es el bloc de notas mental que retiene información durante segundos. Es lo que permite a alguien recordar unos pocos dígitos de un código de seguridad el tiempo suficiente para escribirlos, o mantener una dirección en mente mientras cruza una habitación. El rasgo es esencial, pero conlleva un par de requisitos contrapuestos.

Por un lado está la estabilidad. Un recuerdo que se desvanece al instante es inútil, por lo que la actividad neuronal subyacente tiene que persistir durante un período de tiempo significativo. Por otro lado está la flexibilidad. Aferrarse a detalles irrelevantes sería un enorme desperdicio de energía — nadie se beneficia de memorizar cada número que encuentra en un día. Un sistema útil, por lo tanto, necesita activarse rápidamente, mantenerse estable y apagarse limpiamente.

Un circuito diseñado para encenderse y apagarse

El nuevo estudio examinó cómo interactúan las neuronas para codificar información en la memoria de trabajo y, específicamente, cómo esas interacciones pueden sostenerse mientras siguen siendo fáciles de activar y desactivar. La respuesta, según los investigadores, reside en una disposición de compuerta dentro del circuito.

Un olor desbloquea un circuito de memoria

Para observar el proceso en acción, el equipo expuso a las moscas de la fruta a una dosis fuerte de vinagre de sidra de manzana. Los insectos volaron hacia el aroma y continuaron en esa dirección durante varios segundos después de que el olor desapareciera del aire, lo que indica que un recuerdo del olor seguía guiando su comportamiento después de que el estímulo mismo se hubiera ido.

Mientras las moscas respondían, los investigadores monitorearon la actividad en sus cerebros. Descubrieron que dos tipos diferentes de neuronas reaccionaban al olor con patrones de actividad similares. Esa respuesta superpuesta es la firma de la compuerta: las dos poblaciones celulares interactúan de una manera que permite convertir un evento sensorial fugaz en una señal autosostenida, y luego liberarla.

En efecto, el circuito no almacena el olor como una computadora almacena un archivo. Crea un estado temporal que sesga el comportamiento de la mosca, y ese estado puede apagarse una vez que ha cumplido su propósito.

Por qué la mosca es útil para estudiar la memoria humana

El valor de la mosca de la fruta como modelo se basa en las mismas características que hacen que sea fácil pasarla por alto. Su cerebro es lo suficientemente pequeño como para rastrearlo por completo, y sin embargo resuelve problemas que los cerebros de los mamíferos también enfrentan: detectar un estímulo, decidir si importa, retenerlo brevemente y actuar en consecuencia.

Debido a que el conectoma de la mosca está completo, los científicos pueden identificar un tipo específico de neurona, seguir sus conexiones y preguntar qué aporta su actividad al comportamiento. Hallazgos como este proporcionan, por lo tanto, una explicación precisa y comprobable de un mecanismo que se ha propuesto durante décadas pero que rara vez se ha observado directamente.

• Mecanismo confirmado: el estudio respalda una explicación largamente asumida sobre cómo se forman y mantienen los recuerdos a corto plazo.
• Detalle a nivel de circuito: dos tipos distintos de neuronas trabajan juntas para crear la compuerta que sostiene el recuerdo.
• Evidencia conductual: las moscas continúan hacia un olor durante segundos después de que este desaparece, lo que muestra la memoria en acción.
• Valor del modelo: un conectoma completamente mapeado convierte el cerebro de la mosca en un campo de pruebas práctico para las ideas sobre la memoria.

Qué muestran y qué no muestran los resultados

Los experimentos describen cómo un circuito particular de un insecto forma un recuerdo breve en respuesta a un tipo de entrada sensorial. Si disposiciones de compuerta equivalentes operan en las muchas formas de memoria de trabajo en los humanos sigue siendo una pregunta abierta, y los investigadores enmarcan el resultado como la confirmación de un principio en un contexto definido, más que como una regla universal.

Aun así, el diseño subyacente resulta atractivo por su economía. Un cerebro que puede activar un recuerdo cuando se necesita — y desactivarlo cuando no — evita tanto el costo de olvidar demasiado rápido como el costo de recordar demasiado. Ese equilibrio entre estabilidad y flexibilidad es un problema que todo sistema nervioso debe resolver, y la mosca de la fruta ofrece una visión clara de una solución.

El estudio, publicado en línea el 7 de octubre en la revista Nature, se suma a un creciente conjunto de trabajos que utilizan el diagrama completo del cableado del insecto para conectar tipos celulares individuales con comportamientos específicos. Para los neurocientíficos, el beneficio es una imagen más nítida de cómo las compuertas neuronales convierten una breve entrada sensorial en un recuerdo que puede guiar a un animal durante sus siguientes segundos.

Este artículo se basa en la cobertura de Medical Xpress. Lea el artículo original.