Reconfigurando el cerebro: el código neuronal de los recuerdos traumáticos

Resumen: Al desentrañar el rompecabezas neurológico de la formación de la memoria traumática, los investigadores han aprovechado innovadoras metodologías ópticas y de aprendizaje automático para decodificar las redes neuronales del cerebro involucradas durante la creación de la memoria traumática.

El equipo identificó una población neuronal que codifica la memoria del miedo, revelando la activación sincrónica y el papel crucial de la parte dorsal de la corteza prefrontal medial (dmPFC) en la recuperación asociativa de la memoria del miedo en ratones.

Enfoques analíticos revolucionarios, incluido el algoritmo de aprendizaje automático de “red elástica”, han identificado neuronas específicas y su conectividad funcional dentro de la red neuronal espacial y funcional de la memoria del miedo.

Este estudio histórico no sólo confirma el principio de que los recuerdos se fortalecen a través de conexiones neuronales mejoradas, sino que también allana el camino para fusionar la óptica y el aprendizaje automático para dilucidar la compleja dinámica de las redes neuronales.

Aspectos principales:

1. Innovación en metodología: La investigación utilizó un nuevo método que combina enfoques ópticos y basados ​​en el aprendizaje automático para identificar las neuronas específicas que codifican la memoria del miedo.
2. Red neuronal por miedo: El estudio encontró una población neuronal que codifica la memoria del miedo, estableciendo una red neuronal de memoria del miedo con neuronas «centrales» que conectan funcionalmente las neuronas de la memoria.
3. Formación de memoria asociativa: Se descubrió la creación de una nueva conexión asociativa entre distintas redes (redes de estímulo condicionadas e incondicionadas), lo que propone una nueva comprensión del procesamiento de la información que desencadena una respuesta de miedo.

Fuente: NIÑOS

Los científicos han especulado durante mucho tiempo sobre los cambios físicos que ocurren en el cerebro cuando se forma un nuevo recuerdo. Ahora, una investigación del Instituto Nacional de Ciencias Fisiológicas (NIPS) ha arrojado luz sobre este intrigante misterio neurológico.

En un estudio publicado recientemente en comunicaciones de la naturaleza, El equipo de investigación logró detectar las redes neuronales del cerebro involucradas en la memoria del trauma utilizando un nuevo método que combina enfoques ópticos y basados ​​en el aprendizaje automático, capturando los cambios complejos que ocurren durante la formación de la memoria y descubriendo los mecanismos a través de los cuales se crean los recuerdos del trauma.

Los animales aprenden a adaptarse a los cambios ambientales para sobrevivir. El aprendizaje asociativo, que incluye el condicionamiento clásico, es uno de los tipos de aprendizaje más simples y se ha estudiado intensamente durante el último siglo.

Durante las últimas dos décadas, los avances técnicos en métodos moleculares, genéticos y optogenéticos han hecho posible identificar regiones del cerebro y poblaciones específicas de neuronas que controlan la formación y recuperación de nuevos recuerdos asociativos. Por ejemplo, la parte dorsal de la corteza prefrontal medial (dmPFC) es fundamental para la recuperación de la memoria asociativa del miedo en roedores.

Sin embargo, no se comprende bien cómo las neuronas de esta región codifican y recuperan la memoria asociativa, algo que el equipo de investigación pretendía abordar.

«El dmPFC muestra activación neuronal específica y sincronía durante la recuperación de la memoria del miedo y evoca respuestas de miedo, como la congelación y la desaceleración del ritmo cardíaco», explica el autor principal, Masakazu Agetsuma.

“El silenciamiento artificial del dmPFC en ratones suprimió las respuestas de miedo, lo que indica que esta región es necesaria para recordar la memoria asociativa del miedo. Debido a que está vinculado a los sistemas cerebrales implicados en el aprendizaje y las enfermedades psiquiátricas asociadas, queríamos explorar cómo los cambios en el dmPFC regulan específicamente la nueva información de la memoria asociativa”.

El equipo de investigación utilizó imágenes longitudinales de dos fotones y varias técnicas de neurociencia computacional para determinar cómo cambia la actividad neuronal en la corteza prefrontal del ratón después de aprender en un paradigma de condicionamiento del miedo.

Las neuronas prefrontales se comportan de una manera extremadamente compleja y cada neurona responde a diversos eventos sensoriales y motores. Para abordar esta complejidad, el equipo de investigación desarrolló un nuevo método analítico basado en la «red elástica», un algoritmo de aprendizaje automático, para identificar qué neuronas específicas codifican la memoria del miedo.

Además, analizaron la disposición espacial y la conectividad funcional de las neuronas mediante modelos gráficos.

«Detectamos con éxito una población neuronal que codifica la memoria del miedo», dice Agetsuma. «Nuestros análisis nos mostraron que el condicionamiento del miedo indujo la formación de una red neuronal de memoria del miedo con neuronas ‘centrales’ que conectaban funcionalmente las neuronas de la memoria».

Es importante destacar que los investigadores descubrieron evidencia directa de que la formación de la memoria asociativa iba acompañada de una nueva conexión asociativa entre redes originalmente distintas, a saber, la red de estímulo condicionado (CS, por ejemplo, el tono) y la red de estímulo incondicionado (EE. UU., por ejemplo, la experiencia del miedo). .

«Proponemos que esta conexión recién descubierta puede facilitar el procesamiento de información al desencadenar una respuesta de miedo (CR) a un CS (es decir, una red neuronal para la transformación de CS a CR)».

Durante mucho tiempo se ha pensado que los recuerdos se forman mediante el fortalecimiento de las conexiones neuronales, que se fortalecen mediante la activación repetida de grupos de neuronas. Los resultados del presente estudio, basados ​​tanto en observaciones de la vida real como en análisis basados ​​en modelos, respaldan esto.

Además, el estudio demuestra cómo es posible utilizar métodos combinados (óptica y aprendizaje automático) para visualizar con gran detalle la dinámica de las redes neuronales. Estas técnicas podrían utilizarse para descubrir más información sobre los cambios neurológicos asociados con el aprendizaje y la memoria.

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Autor: Hayao KIMURA
Fuente: NIÑOS
Contacto: Hayao KIMURA – NINS
Imagen: Crédito de la imagen a Neuroscience News.

Investigacion original: Acceso libre.
“Organización dependiente de la actividad de redes de centros prefrontales para el aprendizaje asociativo y el procesamiento de señales.» por Masakazu Agetsuma et al. Comunicaciones de la naturaleza

Abstracto

Organización dependiente de la actividad de redes de centros prefrontales para el aprendizaje asociativo y el procesamiento de señales.

El aprendizaje asociativo es fundamental para adaptarse a los cambios ambientales. Se propone que las interacciones entre poblaciones neuronales que involucran la corteza prefrontal dorsal-medial (dmPFC) regulan el aprendizaje asociativo, pero aún no está claro cómo estas poblaciones neuronales almacenan y procesan la información de asociación.

Aquí desarrollamos un canal para imágenes longitudinales de dos fotones y disección computacional de las actividades de la población neuronal en el ratón macho dmPFC durante los procedimientos de condicionamiento del miedo, lo que nos permite detectar cambios dependientes del aprendizaje en la topología de la red dmPFC.

Utilizando métodos de regresión regularizados y modelos gráficos, encontramos que el condicionamiento del miedo impulsó la reorganización del dmPFC para generar un conjunto neuronal que codifica respuestas condicionadas (CR) caracterizadas por una mayor coactividad interna, conectividad funcional y asociación con estímulos condicionados (CS).

Es importante destacar que las neuronas que responden fuertemente a estímulos no condicionados durante el condicionamiento se convirtieron posteriormente en centros de esta nueva red asociativa para la transformación de CS a CR.

En general, demostramos una modulación dinámica dependiente del aprendizaje de la codificación estructurada de la población tras la formación dependiente de la actividad de la red central dentro del dmPFC.