El sistema de codificació de la memòria és més versàtil del que es pensava
10 de agost de 2020
Un equip multidisciplinari d'investigadors de l'Institut de Neurociències d'Alacant, centre mixt del Consell Superior de Recerques Científiques (CSIC) i la Universitat Miguel Hernández, l'Institut de Física Interdisciplinària i Sistemes Complexos, del CSIC i la Universitat de les Illes Balears, l'Institut Cajal, del CSIC, i la Universitat de la Llacuna, ha aconseguit identificar que el ritme theta de l'hipocamp està format per tres generadors principals i demostrar, mitjançant l'ús d'eines optogenètiques, que aquests generadors són independents, que la seva sincronia canvia en funció de diferents comportaments i que bandes específiques d'ones ràpides gamma controlen l'oscil·lació lenta theta en funció de les necessitats cognitives. El treball, dut a terme a través de l'anàlisi dels potencials extracelul·lars registrats en rates que exploraven lliurement entorns coneguts o nous, apareix publicat en la revista eLife.
L'activitat de l'hipocamp s'organitza en seqüències d'ones lentes, denominades theta, controlades per processos de memòria interna i per senyals sensorials externs, però se sap poc sobre com es coordinen aquests processos. Encara que l'activitat d'ones theta es considera una oscil·lació coherent única, és en realitat el resultat d'interaccions complexes entre les diferents zones de l'hipocamp que les generen. Els ritmes theta altament sincronitzats ocorren preferentment durant les tasques que requereixen coordinació entre les representacions de la memòria interna i la informació sensorial procedent de l'exterior. Addicionalment, els investigadors han trobat que les oscil·lacions ràpides gamma en bandes de freqüència específiques estan associades amb generadors theta principalment quan aquests estan sincronitzats.
El treball desenvolupat per aquest equip multidisciplinari ha portat als investigadors a proposar l'existència en l'hipocamp d'un mecanisme per a segregar o integrar processos basat en la coexistència de diferents patrons d'ones lentes i ràpides, que s'acoblen o desacoblen de manera flexible. Quan les necessitats cognitives ho requereixen, el processament d'informació es realitza en paral·lel, sense interferència entre processos, i quan és necessari contrastar la informació emmagatzemada en la memòria amb la qual arriba de l'exterior, els ritmes se sincronitzen i s'integren. D'aquesta manera, la memòria s'actualitzaria quan hi ha nova informació en l'entorn i es preservaria en contextos ja coneguts.
En l'hipocamp, una estructura del cervell clau per a funcions tan importants com l'orientació o la memòria, es registren dos tipus d'oscil·lacions o ones simultànies, denominades theta i gamma. Aquestes ones són originades per l'activitat elèctrica que genera la comunicació entre neurones. Les ones theta oscil·len lentament (8 Hz) i es troben en diverses estructures cerebrals, mentre que les ones gamma són molt més ràpides (entre 30 i 120 Hz, depenent de la regió de l'hipocamp) i només apareixen en èpoques curtes en una fase específica de l'oscil·lació theta.
Tots dos tipus d'ones estan molt relacionats, ja que mentre les ones gamma contenen paquets d'informació que es transmeten d'una regió a una altra de l'hipocamp, les ones theta lentes actuen com un rellotge que coordina les seqüències d'activitat entre les diferents regions. Igual que els senyals de ràdio o de televisió, les oscil·lacions gamma jugarien el paper de formar diferents "canals" que utilitzarien diferents freqüències i fases del ritme per a comunicar-se sense interferir amb altres canals.
Els investigadors van analitzar si els generadors d'ones lentes de l'hipocamp treballen junts per a obtenir una oscil·lació theta comuna o si podien treballar independentment, amb diverses oscil·lacions theta coexistint al mateix temps. Aquest segon escenari, que han validat amb el seu treball, permet l'existència de múltiples marcs d'interacció theta-gamma, proporcionant un sistema de codificació d'informació molt més versàtil.
Encara que no es comprenen fins i tot detalladament les condicions que desencadenen la coordinació entre les estructures de l'hipocamp, atès que el desacoblament entre les components theta i gamma sembla representar una signatura electrofisiológica primerenca present en casos d'Alzheimer, esquizofrènia i altres alteracions psiquiàtriques, aquest estudi planteja nous mecanismes que poden ser crucials per a comprendre aquestes patologies.
Víctor J. López-Madrona, Elena Pérez-Montoyo, Efrén Álvarez-Salvado, David Moratal, Óscar
Herreras, Ernesto Pereda, Claudio R. Mirasso y Santiago Canals. Different theta frameworks
coexist in the rat hippocampus and are coordinated during memory-guided and novelty
tasks. eLife. DOI: 10.7554/eLife.57313
