Cuando se produce un nuevo evento, el cerebro codifica un recuerdo de ella mediante la alteración de las conexiones entre las neuronas. Para ello es necesario encender muchos genes en las neuronas. Ahora, los neurocientíficos del MIT han identificado lo que puede ser un gen maestro que controla este proceso complejo.
Los resultados, descritos en el 23 de diciembre de la revista Science, no sólo revelan algunos de los fundamentos moleculares de la formación de la memoria – que también puede ayudar a los neurocientíficos determinar la ubicación exacta de los recuerdos en el cerebro.
El equipo de investigación, dirigido por Yingxi Lin, miembro del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro en el MIT, se centró en el gen Npas4, que estudios previos han demostrado que se activa inmediatamente después de nuevas experiencias. El gen es particularmente activa en el hipocampo, una estructura cerebral conocida por ser crítica en la formación de recuerdos a largo plazo.
Lin y sus colegas encontraron que Npas4 convierte en una serie de genes que pueden modificar el cableado interno del cerebro mediante el ajuste de la fuerza de la sinapsis, o conexiones entre las neuronas. «Este es un gen que se puede conectar desde la experiencia para el cambio eventual del circuito», dice Lin, Federico y Carole Middleton Desarrollo Profesional Profesor Adjunto de Cerebro y Ciencias Cognitivas.
Para investigar los mecanismos genéticos de la formación de la memoria, los investigadores estudiaron un tipo de aprendizaje conocido como condicionamiento del miedo contextual: Ratones recibir una descarga eléctrica cuando entran a una cámara específica. En cuestión de minutos, los ratones aprender a temer a la cámara, y la próxima vez que entrar en ella, se congelan.
Los investigadores demostraron que Npas4 se enciende muy temprano durante este condicionamiento. «Esto establece Npas4 aparte de muchos otros genes regulados actividad», dice Lin. «Muchos de ellos son inducidos por doquier todos estos diferentes tipos de estímulos, no son realmente el aprendizaje específico.»
Además, la activación Npas4 se presenta principalmente en la región CA3 del hipocampo, que ya se sabe que son necesarios para el aprendizaje rápido.
«Pensamos en Npas4 como el disparador inicial que viene y, a continuación, a su vez, en el lugar correcto en el cerebro, se activa todos estos objetivos de abajo otros. Con el tiempo van a modificar las sinapsis de una manera que es probable cambio de la inhibición sináptica o algún otro proceso que estamos tratando de averiguar «, dice Kartik Ramamoorthi, un estudiante graduado en el laboratorio de Lin y autor principal del artículo. , Que estudios previos han demostrado se enciende inmediatamente después de nuevas experiencias. El gen es particularmente activa en el hipocampo, una estructura cerebral conocida por ser crítica en la formación de recuerdos a largo plazo.
Lin y sus colegas encontraron que Npas4 convierte en una serie de genes que pueden modificar el cableado interno del cerebro mediante el ajuste de la fuerza de la sinapsis, o conexiones entre las neuronas. «Este es un gen que se puede conectar desde la experiencia para el cambio eventual del circuito», dice Lin, Federico y Carole Middleton Desarrollo Profesional Profesor Adjunto de Cerebro y Ciencias Cognitivas.
Para investigar los mecanismos genéticos de la formación de la memoria, los investigadores estudiaron un tipo de aprendizaje conocido como condicionamiento del miedo contextual: Ratones recibir una descarga eléctrica cuando entran a una cámara específica. En cuestión de minutos, los ratones aprender a temer a la cámara, y la próxima vez que entrar en ella, se congelan.
Los investigadores demostraron que Npas4 se enciende muy temprano durante este condicionamiento. «Esto establece Npas4 aparte de muchos otros genes regulados actividad», dice Lin. «Muchos de ellos son inducidos por doquier todos estos diferentes tipos de estímulos, no son realmente el aprendizaje específico.»
Además, la activación Npas4 se presenta principalmente en la región CA3 del hipocampo, que ya se sabe que son necesarios para el aprendizaje rápido.
«Pensamos en Npas4 como el disparador inicial que viene y, a continuación, a su vez, en el lugar correcto en el cerebro, se activa todos estos objetivos de abajo otros. Con el tiempo van a modificar las sinapsis de una manera que es probable cambio de la inhibición sináptica o algún otro proceso que estamos tratando de averiguar «, dice Kartik Ramamoorthi, un estudiante graduado en el laboratorio de Lin y autor principal del artículo.
Hasta ahora, los investigadores han identificado sólo algunos de los genes regulados por Npas4, pero se sospecha que pueden estar a cientos más. Npas4 es un factor de transcripción, lo que significa que los controles de la copia de otros genes en el ARN mensajero – el material genético que lleva a la construcción de proteínas-las instrucciones desde el núcleo hasta el resto de la célula. Los experimentos mostraron que el MIT Npas4 se une a los sitios de activación de genes específicos y dirige una enzima llamada ARN polimerasa II para empezar a copiarlos.
«Npas4 proporciona esta señal instructiva», dice Ramamoorthi. «Es decir la polimerasa a la tierra en ciertos genes, y sin ella, la polimerasa no sabe a dónde ir. Es simplemente flotando en el núcleo. »
Cuando los investigadores eliminaron el gen de la Npas4, encontraron que los ratones que no podía recordar su condicionamiento miedo. También encontraron que este efecto podría ser producido por la anulación del gen sólo en la región CA3 del hipocampo. Golpearlo en otras partes del hipocampo, sin embargo, no tuvo ningún efecto. Aunque centrado en el condicionamiento del miedo contextual, los investigadores creen que Npas4 también será crucial para otros tipos de aprendizaje.
Gleb Shumyatsky, profesor asistente de genética en la Universidad de Rutgers, dijo que un próximo paso importante es identificar a varios de los genes controlados por Npas4, que debería mostrar más de su papel en la formación de la memoria. «Es sin duda uno de los principales actores», dice Shumyatsky, que no participó en esta investigación. «Los futuros experimentos se muestran como un jugador importante que es.»
El equipo del MIT también planea investigar si las mismas neuronas que se activan cuando Npas4 se forman los recuerdos también se enciende cuando los recuerdos se recuperan. Esto podría ayudar a determinar la exacta neuronas que son el almacenamiento de recuerdos particular.
«Estamos persiguiendo a la memoria, y creemos que podemos utilizar Npas4 para marcar donde está», dice Ramamoorthi. «Eso es porque está activado específicamente y ahora podemos identificar a las células y tal vez los peces en qué lugar del cerebro, la memoria es de estar.»
