SECRETOS DE LA MEMORIA (NO HISTORICA)

Queridos laborales,
No os dejéis engañar por el título de la crónica: obediente a los deseos de Juan Antonio Olmo, no voy a hablar de política –no es mi especialidad-. Hace unas semanas, coincidiendo con el cambio de formato de la página web y ante la petición de Juan Antonio de que serían bienvenidas sugerencias para nuevas secciones pensé que, puesto que muchos de vosotros tenéis una buena formación tecnológica (gracias a nuestra nunca bien ponderada laboral), y que otros, nos dedicamos a la ciencia o a la medicina, podríamos introducir una sección de Ciencia y Tecnología a la que ocasionalmente pudiéramos contribuir todos en la medida de nuestras posibilidades. Así, entre chiste y vídeo del youtube, podríamos enviar comentarios sobre avances recientes en vuestros respectivos ámbitos de conocimiento utilizando, eso sí, un leguaje asequible a la mayoría. Juan Antonio ha hecho suya la sugerencia y me pidió que escribiera algo para empezar, como podéis leer en el anterior número de la página.

Dada la naturaleza de esta página, que es un continuo guiño a nuestros recuerdos de aquellos entrañables años, y puesto que personalmente me dedico a la investigación en Neurobiología, pensé que un buen tema para comenzar podría ser un breve comentario sobre los últimos avances en la comprensión del los procesos de almacenamiento de información en el cerebro, es decir de la memoria.

Vídeo 1 Sobre neurotransmisión (inglés)

La memoria supone un evidente avance evolutivo en el reino animal puesto que permite, utilizando los patrones almacenados de experiencias anteriores, hacer predicciones de lo que encontramos en un momento dado o de lo que esperamos encontrar y, por tanto, permite elaborar respuestas rápidas en situaciones cotidianas como, por ejemplo, la huida en una situación de peligro (o el ataque, en el caso de los más valientes), la búsqueda de comida, el movernos sin perdernos en nuestra ciudad, en nuestro pueblo o incluso en nuestra casa. No menos importante, nos permite la creación y el mantenimiento de nuestra propia identidad y el mantenimiento de nuestras redes sociales, como ocurre en esta página web, gracias al recuerdo de quién es amigo y quién lo es menos. En definitivas, la memoria es una extraordinaria herramienta desde un punto biológico. Todos conocemos los devastadores efectos que tiene la pérdida de la memoria en la cada día más frecuente enfermedad de Alzheimer (es más frecuente simplemente porque vivimos más años), a la que algún día dedicaré un comentario.

Por tanto, los científicos y los médicos se han se han interesado en la comprensión de los mecanismos cerebrales que operan en el almacenamiento y la recuperación de la información, con el objetivo último de desarrollar una farmacología que mejore nuestra memoria, o por lo menos que no perdamos la que tenemos.

Vídeo 2: Reconstruccion virtual 3D de una neurona y su sinapsis (castellano)

Qué os puedo decir en palabras fácilmente comprensibles de que es lo que sabemos y hacia dónde vamos: Desde hace aproximadamente un siglo, en gran medida gracias a la mayor gloria que ha proporcionado la ciencia española, Santiago Ramón y Cajal, se sabe que la transmisión de información entre neuronas se produce en una estructura minúscula llamada sinapsis. Las neuronas son células muy ramificadas. Una de las ramificaciones se llama axón y es la vía de salida de la información elaborada en esa neurona, que no es más que una señal eléctrica. Las demás ramificaciones se denominan dendritas (desde una a varios cientos, si contamos que cada dendrita se ramifica en secundarias terciarias…) y por ellas entra la información a la neurona, produciéndose la suma de todas las señales entrantes en el cuerpo neuronal. A pesar de que las neuronas parecen formar una intrincada red en el cerebro, lo cierto es que no se tocan unas a otras, sino que entre la terminación de un axon (llamada terminal presináptico) y el comienzo de la siguiente dendrita (llamado botón postsináptico) hay un pequeño espacio, de apenas una décima de micra (la hendidura sináptica). La comunicación entre una neurona y las adyacentes se produce porque al activarse la neurona presináptica se liberan en su terminal axonal unos transmisores químicos (llamados neurotransmisores) que difunden por la hendidura sináptica hasta unirse a receptores específicos en el botón postsináptico. Las neuronas postsinápticas transforman esa señal química de nuevo en una señal eléctrica, la suman y vuelven a elaborar su respuesta eléctrica que a su vez sale por el axón hacia otras neuronas, formando circuitos muy interconectados y complejos. Bien, pues en esos circuitos en los que se almacena la información, es decir en donde radica la memoria.

Vídeo 3: Documental de Redes en TV2 sobre el Estudio del funcionamiento de los neurotransmisores durante el aprendizaje y los procesos de la memoria a largo plazo con una pobre babosa de mar. (castellano)

Numerosos estudios realizados en las últimas décadas demuestran que cuando un circuito se usa, sus sinapsis quedan reforzadas y la próxima vez que se estimulen funcionarán con mayor eficiencia. (al final he puesto dos links a vídeos de youtube explicando esto, aunque el mejor está en inglés)

En realidad no almacenamos toda la información que recibimos sino que hay una serie de filtros o estadios temporales que seleccionan una parte de la misma hasta que llega a consolidarse como recuerdo. Una primera información (la que nos llega de los sentidos) apenas si se retiene durante un segundo tras la desaparición del estímulo sensorial. El siguiente estadio sería la memoria a corto plazo que es la que fija la información durante el tiempo justo para poder utilizarla en nuestra actividad cotidiana, pasado el cual desaparece (unos segundos). Sería el equivalente a la memoria RAM de un ordenador, que se borra al apagar el ordenador, es decir al terminar la tarea que estábamos haciendo. No obstante, podemos elaborar y esforzarnos en retener esa información, lo que alargaría el tiempo de permanencia, por ejemplo cuando queremos retener un número de teléfono hasta que podamos apuntarlo por escrito o efectuar la llamada. Esta memoria está sujeta a numerosas interferencias, por lo que la solidez de la información es muy variable. Pensemos cuando nos disponemos a hacer algo, somos interrumpidos y después no recordamos qué íbamos a hacer.

Por último, tenemos la memoria a largo plazo, que es la que fija la información permanentemente y la deja disponible para cuando la necesitemos. A largo plazo conservamos numerosos tipos de recuerdos, palabras, episodios, conocimientos teóricos o conceptuales, episodios autobiográficos etc. A veces, información destinada a borrarse rápidamente se almacena si se produce justo antes o después de un evento importante, que sí iba a ser recordado. Por ejemplo, es posible que recordéis el menú del día de vuestra boda, pero casi seguro que no recordaréis el del día anterior a la misma o lo que comisteis tal día de la semana pasada, sin ir tan lejos.

Para los biólogos moleculares, esta distinción temporal es importante porque los mecanismos moleculares implicados en cada una de las fases son diferentes: Si bien todas esas funciones de las que he hablado las realizan pequeñísimas máquinas moleculares, que son las proteínas sinápticas, productos de diversos genes, los procesos a corto plazo implican modificaciones transitorias de las proteínas que ya estaban en las sinapsis, mientras que la memoria a largo plazo implica síntesis de nuevas proteínas que van a dar lugar a las modificaciones estructurales más o menos permanentes de las sinapsis (en función del tiempo que permanece el recuerdo), es decir, se requiere la activación de nuevos genes. Por analogía con el ordenador, probablemente sabéis mejor que yo que en el disco duro la información se almacena codificada en forma de ceros y unos, gracias a las propiedades fisicoquímicas de los diferentes soportes utilizados (magnéticos, de los semiconductores, etc). Entonces, ¿cómo se almacena la información de manera permanente en el cerebro, quién hace el papel de esos soportes?. Supone un enorme reto el comprender cómo en una estructura tan dinámica como es el cerebro, en donde las proteínas se sintetizan y se degradan continuamente con vidas medias de pocas horas, se pueden formar estructuras capaces de perdurar durante años y, al mismo tiempo, capaces de ser moldeadas por los nuevos aprendizajes o experiencias.

Vídeo 4: Laberinto de Morris. El ratón aprende donde está la plataforma, y lo recuerda (inglés)

Todos estos procesos los estudiamos en diversos modelos experimentales, centrándonos en problemas relativamente sencillos, con la esperanza de que cuando comprendamos esos mecanismos básicos podamos abordar estudios sobre los aspectos más complejos de la memoria. Así, se ha utilizado un modelo sencillo para comprender el aprendizaje y su recuerdo en la liebre marina Aplysia –un molusco, a pesar del nombre- (ver vídeo 3). También se han puesto a punto tests de memoria para roedores y otros animales (por ejemplo, ver el vídeo 4 sobre un laberinto radial, o el vídeo 5 sobre el laberinto de Morris, en los que un ratón tiene que encontrar una plataforma sumergida en un estanque, y cómo una vez entrenados recuerdan la posición de la plataforma). Estos tests son de gran utilidad para cuantificar la memoria, especialmente en combinación con técnicas electrofisiológicas (en las que se implantan electrodos a los animales para registrar la actividad eléctrica de diversas neuronas frente a ciertos estímulos), con técnicas farmacológicas que bloquean tal o cual proteína y, sobre todo, con las técnicas llamadas genéricamente de “ingeniería genética”. Estas técnicas permiten la eliminación de un gen concreto de un animal (los ratones son los preferidos). La técnica desarrollada a finales de los 80 por Capecci, Smithies y Evans (les han dado el premio Nobel este año) se ha modificado recientemente para hacerla más precisa. Antes se eliminaba el gen en todo el organismo, de manera que si el gen era muy importante a veces se llegaban a producir grandes alteraciones en el animal (a veces ni siquiera llegaban a nacer), y esto era difícil de interpretar. Como en el famoso chiste, “cuando a una pulga le quitas sus seis patas se vuelve sorda”. Otras veces los genes son redundantes, y otro asumía la función del eliminado.

Ahora se pueden crear ratones transgénicos con genes eliminados en una región muy concreta del cerebro. Con respecto a la memoria esto es importante, porque se puede eliminar selectivamente un gen en el hipocampo, que es una de las regiones cerebrales más importante en la formación de la memoria. Así laboratorios como el de Erick Kandel (premio Nobel en 2000; http://es.wikipedia.org/wiki/Eric_Kandel) o Susumu Tonegawa (Premio Nobel en 1987, por sus trabajos relacionados con la inmunología, http://es.wikipedia.org/wiki/Susumu_Tonegawa) han permitido identificar genes importantes en la formación y consolidación de la memoria.

Vídeo 5: Laberinto radial. Un ratón siete días después de aprender a identificar los brazos del laberinto que tienen comida: sólo se equivoca una vez (inglés)

Ahora que, gracias al proyecto GENOMA, conocemos todos los genes del ser humano -pero no para que sirven la mayoría de ellos-, estamos en la fase de identificación de aquellos cuya eliminación afecte a la memoria. Creemos que en las sinapsis de los circuitos activados queda una marca proteica, algo parecido a la rastro de piedrecitas del cuento de Hansel y Gretel, que seguirán los estímulos cuando por ejemplo se repita una tarea. Sobre este rastro inicial se van a ensamblar el resto de proteínas que refuerzan las conexiones de esos circuitos, aunque todavía no las hemos identificado con certeza.

Otro frente en el que se está avanzando es en la identificación de las neuronas y los circuitos que se activan durante el proceso de memorización. Para ello se están desarrollando ratones transgénicos en los que las neuronas que han participado en una tarea quedan marcadas, por ejemplo con una proteína fluorescente que hace de bombilla que se enciende cuando esa neurona se activa, de forma que es posible recomponer los circuitos implicados en cada tarea. Si algún día sabemos qué circuito está implicado en qué tarea, quizá se puedan modificar selectivamente los recuerdos (nos aproximaremos a”Un mundo feliz”)

En otras palabras, hemos encontrado algunas piezas del enorme puzzle, se están desarrollando herramientas (metodologías) adecuadas para continuar la búsqueda de proteínas/genes y mecanismos, y empezamos a adivinar algunos rasgos de la figura que se va formando, siempre refiriéndonos a tareas relativamente sencillas. No obstante, ya tenemos algunas dianas prometedoras para el desarrollo de fármacos que en un futuro no muy lejano nos ayuden a mejorar nuestra memoria (¡o a olvidar según que cosas!).