El hipocampo ( pl.: hippocampi ; vía latín del griego ἱππόκαμπος , ' caballito de mar ') es un componente importante del cerebro de los humanos y otros vertebrados . Los humanos y otros mamíferos tienen dos hipocampos, uno a cada lado del cerebro . El hipocampo forma parte del sistema límbico y desempeña funciones importantes en la consolidación de la información de la memoria a corto plazo a la memoria a largo plazo , y en la memoria espacial que permite la navegación. El hipocampo está ubicado en la alocorteza , con proyecciones neurales hacia la neocorteza , en humanos [1] [2] [3] así como en otros primates. [4] El hipocampo, al igual que el palio medial , es una estructura que se encuentra en todos los vertebrados . [5] En los humanos, contiene dos partes principales entrelazadas: el hipocampo propiamente dicho (también llamado cuerno de Amón ) y la circunvolución dentada . [6] [7]
En la enfermedad de Alzheimer (y otras formas de demencia ), el hipocampo es una de las primeras regiones del cerebro en sufrir daño; [8] La pérdida de memoria a corto plazo y la desorientación se incluyen entre los primeros síntomas. El daño al hipocampo también puede resultar de la falta de oxígeno ( hipoxia ), encefalitis o epilepsia del lóbulo temporal medial . Las personas con daño extenso y bilateral del hipocampo pueden experimentar amnesia anterógrada : la incapacidad de formar y retener nuevos recuerdos .
Dado que los diferentes tipos de células neuronales están perfectamente organizados en capas en el hipocampo, se ha utilizado con frecuencia como sistema modelo para estudiar neurofisiología . Inicialmente se descubrió que la forma de plasticidad neuronal conocida como potenciación a largo plazo (LTP) se produce en el hipocampo y a menudo se ha estudiado en esta estructura. Se cree ampliamente que la LTP es uno de los principales mecanismos neuronales mediante los cuales se almacenan los recuerdos en el cerebro.
En roedores como organismos modelo , el hipocampo se ha estudiado ampliamente como parte de un sistema cerebral responsable de la memoria espacial y la navegación. Muchas neuronas del hipocampo de rata y ratón responden como células de lugar : es decir, disparan ráfagas de potenciales de acción cuando el animal pasa por una parte específica de su entorno. Las células del lugar del hipocampo interactúan ampliamente con las células de dirección de la cabeza , cuya actividad actúa como una brújula inercial, y conjeturalmente con las células de la cuadrícula en la corteza entorrinal vecina .
La descripción más antigua de la cresta que recorre el suelo del asta temporal del ventrículo lateral proviene del anatomista veneciano Julio César Aranzi (1587), quien la comparó primero con un gusano de seda y luego con un caballito de mar ( en latín hippocampus , del griego ἱππόκαμπος, de ἵππος, 'caballo' + κάμπος, 'monstruo marino'). El anatomista alemán Duvernoy (1729), el primero en ilustrar la estructura, también vaciló entre "caballo de mar" y "gusano de seda". El "cuerno de carnero" fue propuesto por el anatomista danés Jacob Winsløw en 1732; y una década más tarde su compañero parisino, el cirujano de Garengeot, usó cornu Ammonis – cuerno de Amón , [10] el antiguo dios egipcio que a menudo era representado con cabeza de carnero. [11]
Otra referencia apareció con el término pes hippocampi , que puede remontarse a Diemerbroeck en 1672, introduciendo una comparación con la forma de las extremidades anteriores dobladas hacia atrás y las patas palmeadas del mitológico hipocampo , un monstruo marino con cuartos delanteros de caballo y cola de pez. El hipocampo se describió entonces como pes hippocampi major , con un bulto adyacente en el asta occipital , descrito como pes hippocampi minor y más tarde rebautizado como calcar avis . [10] [12] El cambio de nombre del hipocampo a hipocampo mayor y del calcar avis a hipocampo menor se ha atribuido a Félix Vicq-d'Azyr al sistematizar la nomenclatura de partes del cerebro en 1786. Mayer utilizó erróneamente el término hipopótamo en 1779, y fue seguido por algunos otros autores hasta que Karl Friedrich Burdach resolvió este error en 1829. En 1861, el hipocampo menor se convirtió en el centro de una disputa sobre la evolución humana entre Thomas Henry Huxley y Richard Owen , satirizada como la Gran Cuestión del Hipocampo . El término hipocampo menor dejó de usarse en los libros de texto de anatomía y fue eliminado oficialmente en la Nomina Anatomica de 1895. [13] Hoy en día, la estructura se llama simplemente hipocampo, [10] con el término cornu Ammonis (es decir, 'cuerno de Amón' ) sobreviviendo en los nombres de los subcampos CA1-CA4 del hipocampo . [14] [6]
El término sistema límbico fue introducido en 1952 por Paul MacLean [15] para describir el conjunto de estructuras que recubren el borde profundo de la corteza (del latín limbus que significa frontera ): Estas incluyen el hipocampo, la corteza cingulada , la corteza olfatoria y la amígdala . Paul MacLean sugirió más tarde que las estructuras límbicas comprenden la base neuronal de la emoción. El hipocampo está conectado anatómicamente con partes del cerebro que están involucradas con el comportamiento emocional: el tabique , el cuerpo mamilar hipotalámico y el complejo nuclear anterior en el tálamo , y generalmente se acepta que es parte del sistema límbico. [dieciséis]
El hipocampo puede verse como una cresta de tejido de materia gris que se eleva desde el suelo de cada ventrículo lateral en la región del asta inferior o temporal. [17] [18] Esta cresta también se puede ver como un pliegue hacia adentro de la archicortex hacia el lóbulo temporal medial . [19] El hipocampo sólo puede verse en disecciones , ya que está oculto por la circunvolución parahipocampal . [19] [20] La corteza se adelgaza de seis capas a las tres o cuatro capas que forman el hipocampo. [21]
El término formación del hipocampo se utiliza para referirse al hipocampo propiamente dicho y sus partes relacionadas. Sin embargo, no hay consenso sobre qué partes se incluyen. A veces se dice que el hipocampo incluye la circunvolución dentada y el subículo . Algunas referencias incluyen la circunvolución dentada y el subículo en la formación del hipocampo, [1] y otras también incluyen el presubículo, el parasubículo y la corteza entorrinal . [2] La disposición neural y las vías dentro de la formación del hipocampo son muy similares en todos los mamíferos. [3]
El hipocampo, incluida la circunvolución dentada, tiene la forma de un tubo curvo, que se ha comparado con un caballito de mar y con un cuerno de carnero, que en honor al antiguo dios egipcio a menudo retratado como tal toma el nombre de cornu Ammonis . Su abreviatura CA se utiliza para nombrar los subcampos del hipocampo CA1, CA2, CA3 y CA4 . [20] Se puede distinguir como un área donde la corteza se estrecha en una sola capa de neuronas piramidales densamente empaquetadas , que se curvan en forma de U apretada. Un borde de la "U", CA4, está incrustado en la circunvolución dentada flexionada y orientada hacia atrás. Se describe que el hipocampo tiene una parte anterior y posterior (en primates ) o una parte ventral y dorsal en otros animales. Ambas partes son de composición similar pero pertenecen a circuitos neuronales diferentes . [22] En la rata, los dos hipocampos se parecen a un par de plátanos, unidos en los tallos por la comisura del fórnix (también llamada comisura del hipocampo). En los primates , la parte inferior del hipocampo, cerca de la base del lóbulo temporal , es mucho más ancha que la parte superior. Esto significa que en una sección transversal el hipocampo puede mostrar varias formas diferentes, dependiendo del ángulo y la ubicación del corte. [ cita necesaria ]
En una sección transversal del hipocampo, incluida la circunvolución dentada, se mostrarán varias capas. La circunvolución dentada tiene tres capas de células (o cuatro si se incluye el hilio). Las capas son de afuera hacia adentro: la capa molecular , la capa molecular interna , la capa granular y el hilio . El CA3 en el hipocampo propiamente dicho tiene las siguientes capas de células conocidas como estratos: lacunosum-moleculare, radiatum, lucidum, piramidal y oriens. CA2 y CA1 también tienen estas capas excepto el estrato lúcido . [23] [24]
La información que llega al hipocampo (desde diversas estructuras corticales y subcorticales) proviene de la corteza entorrinal a través de la vía perforante . La corteza entorrinal (CE) está fuerte y recíprocamente conectada con muchas estructuras corticales y subcorticales, así como con el tronco del encéfalo. Los diferentes núcleos talámicos (de los grupos anterior y de la línea media), el núcleo septal medial , el núcleo supramamilar del hipotálamo y los núcleos del rafe y el locus coeruleus del tronco del encéfalo envían axones a la CE, de modo que sirve como interfaz entre la neocorteza y las demás conexiones, y el hipocampo. [ cita necesaria ]
La CE está ubicada en la circunvolución parahipocampal , [2] una región cortical adyacente al hipocampo. [25] Esta circunvolución oculta el hipocampo. La circunvolución parahipocampal está adyacente a la corteza perirrinal , que juega un papel importante en el reconocimiento visual de objetos complejos. También hay pruebas sustanciales de que contribuye a la memoria, que puede distinguirse de la contribución del hipocampo. Es evidente que la amnesia completa ocurre sólo cuando tanto el hipocampo como el parahipocampo están dañados. [25]
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La principal entrada al hipocampo se produce a través de la corteza entorrinal (CE), mientras que su principal salida se realiza a través de CA1 hacia el subículo. [26] La información llega a CA1 a través de dos vías principales, directa e indirecta. Los axones de la CE que se originan en la capa III son el origen de la vía perforante directa y forman sinapsis en las dendritas apicales muy distales de las neuronas CA1. Por el contrario, los axones que se originan en la capa II son el origen de la vía indirecta y la información llega a CA1 a través del circuito trisináptico . En la parte inicial de esta vía, los axones se proyectan a través de la vía perforante hasta las células granulares de la circunvolución dentada (primera sinapsis). Desde entonces, la información sigue a través de las fibras cubiertas de musgo hasta CA3 (segunda sinapsis). Desde allí, los axones CA3 llamados colaterales de Schaffer abandonan la parte profunda del cuerpo celular y ascienden hasta las dendritas apicales y luego se extienden hasta CA1 (tercera sinapsis). [26] Los axones de CA1 luego se proyectan de regreso a la corteza entorrinal, completando el circuito. [27]
Las células en cesta en CA3 reciben información excitadora de las células piramidales y luego dan una retroalimentación inhibidora a las células piramidales. Esta inhibición recurrente es un circuito de retroalimentación simple que puede amortiguar las respuestas excitadoras en el hipocampo. Las células piramidales producen una excitación recurrente , que es un mecanismo importante que se encuentra en algunos microcircuitos de procesamiento de memoria. [28]
Varias otras conexiones desempeñan papeles importantes en la función del hipocampo. [20] Más allá de la salida a la CE, vías de salida adicionales van a otras áreas corticales, incluida la corteza prefrontal . Una salida importante pasa a través del fondo de saco hacia el área del tabique lateral y al cuerpo mamilar del hipotálamo (que el fondo de saco interconecta con el hipocampo). [19] El hipocampo recibe información moduladora de los sistemas de serotonina , norepinefrina y dopamina , y del núcleo reunido del tálamo al campo CA1. Una proyección muy importante proviene del núcleo septal medial, que envía fibras estimulantes de ácido gamma amino butírico (GABA) colinérgicas (fibras GABAérgicas) a todas las partes del hipocampo. Las entradas del núcleo septal medial desempeñan un papel clave en el control del estado fisiológico del hipocampo; La destrucción de este núcleo suprime el ritmo theta del hipocampo y perjudica gravemente ciertos tipos de memoria. [29]
Se muestra que las áreas del hipocampo son funcional y anatómicamente distintas. El hipocampo dorsal (DH), el hipocampo ventral (VH) y el hipocampo intermedio cumplen diferentes funciones, se proyectan con diferentes vías y tienen distintos grados de ubicación de las células. [30] El hipocampo dorsal sirve para la memoria espacial, la memoria verbal y el aprendizaje de información conceptual. Utilizando el laberinto del brazo radial , se demostró que las lesiones en el DH causaban deterioro de la memoria espacial, mientras que las lesiones en el VH no. Sus vías de proyección incluyen el núcleo septal medial y el núcleo supramamilar . [31] El hipocampo dorsal también tiene más células de lugar que las regiones ventral e intermedia del hipocampo. [32]
El hipocampo intermedio tiene características superpuestas con el hipocampo ventral y dorsal. [30] Utilizando métodos de trazado anterógrado , Cenquizca y Swanson (2007) ubicaron las proyecciones moderadas en dos áreas corticales olfativas primarias y áreas prelímbicas de la corteza prefrontal medial . Esta región tiene el menor número de celdas de lugar. El hipocampo ventral funciona en el condicionamiento del miedo y los procesos afectivos. [33] Anagnostaras et al. (2002) demostraron que las alteraciones en el hipocampo ventral reducían la cantidad de información enviada a la amígdala por el hipocampo dorsal y ventral, alterando en consecuencia el condicionamiento del miedo en ratas. [34] Históricamente, la primera hipótesis ampliamente sostenida fue que el hipocampo participa en el olfato . [35] Esta idea fue puesta en duda por una serie de estudios anatómicos que no encontraron ninguna proyección directa al hipocampo desde el bulbo olfatorio . [36] Sin embargo, trabajos posteriores confirmaron que el bulbo olfatorio se proyecta hacia la parte ventral de la corteza entorrinal lateral, y el campo CA1 en el hipocampo ventral envía axones al bulbo olfatorio principal, [37] el núcleo olfatorio anterior, y a la corteza olfativa primaria. Sigue habiendo cierto interés en las respuestas olfativas del hipocampo, en particular, el papel del hipocampo en la memoria de los olores, pero hoy en día pocos especialistas creen que el olfato sea su función principal. [38] [39]
A lo largo de los años, tres ideas principales sobre la función del hipocampo han dominado la literatura: inhibición de la respuesta , memoria episódica y cognición espacial. La teoría de la inhibición conductual (caricaturizada por John O'Keefe y Lynn Nadel como "¡pisa el freno!") [40] fue muy popular hasta la década de 1960. Gran parte de su justificación se basó en dos observaciones: primero, que los animales con daño en el hipocampo tienden a ser hiperactivos ; en segundo lugar, que los animales con daño en el hipocampo a menudo tienen dificultades para aprender a inhibir respuestas que les han enseñado previamente, especialmente si la respuesta requiere permanecer en silencio, como en una prueba de evitación pasiva. El psicólogo británico Jeffrey Gray desarrolló esta línea de pensamiento hasta convertirla en una teoría completa sobre el papel del hipocampo en la ansiedad. [41] La teoría de la inhibición es actualmente la menos popular de las tres. [42]
La segunda línea importante de pensamiento relaciona el hipocampo con la memoria. Aunque tuvo precursores históricos, esta idea derivó su principal impulso de un famoso informe del neurocirujano estadounidense William Beecher Scoville y de la neuropsicóloga británico-canadiense Brenda Milner [43] que describe los resultados de la destrucción quirúrgica del hipocampo al intentar aliviar las crisis epilépticas en un paciente estadounidense. hombre Henry Molaison , [44] conocido hasta su muerte en 2008 como "Paciente HM" El resultado inesperado de la cirugía fue amnesia anterógrada severa y retrógrada parcial ; Molaison no pudo formar nuevos recuerdos episódicos después de su cirugía y no pudo recordar ningún evento que ocurrió justo antes de su cirugía, pero sí conservó recuerdos de eventos que ocurrieron muchos años antes y se remontaban a su infancia. Este caso atrajo un interés profesional tan amplio que Molaison se convirtió en el tema más estudiado en la historia de la medicina. [45] En los años siguientes, también se estudiaron otros pacientes con niveles similares de daño en el hipocampo y amnesia (causada por accidente o enfermedad), y miles de experimentos han estudiado la fisiología de los cambios impulsados por la actividad en las conexiones sinápticas en el hipocampo. Actualmente existe un acuerdo universal en que los hipocampos desempeñan algún tipo de papel importante en la memoria; sin embargo, la naturaleza precisa de esta función sigue siendo ampliamente debatida. [46] [47] Una teoría reciente propuso, sin cuestionar su papel en la cognición espacial, que el hipocampo codifica nuevos recuerdos episódicos asociando representaciones en las células granulares recién nacidas de la circunvolución dentada y organizando esas representaciones secuencialmente en el CA3 basándose en la Precesión de fase generada en la corteza entorrinal . [48]
La tercera teoría importante sobre la función del hipocampo lo relaciona con el espacio. La teoría espacial fue defendida originalmente por O'Keefe y Nadel, quienes fueron influenciados por las teorías del psicólogo estadounidense EC Tolman sobre los " mapas cognitivos " en humanos y animales. O'Keefe y su alumno Dostrovsky descubrieron en 1971 neuronas en el hipocampo de la rata que les pareció que mostraban actividad relacionada con la ubicación de la rata dentro de su entorno. [49] A pesar del escepticismo de otros investigadores, O'Keefe y sus compañeros de trabajo, especialmente Lynn Nadel, continuaron investigando esta cuestión, en una línea de trabajo que finalmente condujo a su muy influyente libro de 1978 El hipocampo como mapa cognitivo . [50] Actualmente existe un acuerdo casi universal en que la función del hipocampo desempeña un papel importante en la codificación espacial, pero los detalles son ampliamente debatidos. [51]
Investigaciones posteriores se han centrado en tratar de salvar la desconexión entre las dos visiones principales de que la función del hipocampo está dividida entre la memoria y la cognición espacial. En algunos estudios, estas áreas se han ampliado hasta el punto de casi convergencia. En un intento de reconciliar los dos puntos de vista dispares, se sugiere adoptar una visión más amplia de la función del hipocampo y considerar que tiene un papel que abarca tanto la organización de la experiencia ( mapas mentales , según el concepto original de Tolman en 1948) como la Se considera que el comportamiento direccional está involucrado en todas las áreas de la cognición, de modo que la función del hipocampo puede verse como un sistema más amplio que incorpora tanto la memoria como las perspectivas espaciales en su función que implica el uso de una amplia gama de mapas cognitivos. [52] Esto se relaciona con el conductismo intencional nacido del objetivo original de Tolman de identificar los complejos mecanismos cognitivos y propósitos que guiaban el comportamiento. [53]
También se ha propuesto que la actividad de pico de las neuronas del hipocampo está asociada espacialmente, y se sugirió que los mecanismos de memoria y planificación evolucionaron a partir de mecanismos de navegación y que sus algoritmos neuronales eran básicamente los mismos. [54]
Muchos estudios han utilizado técnicas de neuroimagen , como la resonancia magnética funcional (fMRI), y se ha observado un papel funcional en el conflicto de aproximación-evitación . Se considera que el hipocampo anterior participa en la toma de decisiones bajo el procesamiento de conflictos de aproximación-evitación. Se sugiere que se puede considerar que las funciones de memoria, cognición espacial y procesamiento de conflictos trabajan juntas y no son mutuamente excluyentes. [55]
Los psicólogos y neurocientíficos generalmente coinciden en que el hipocampo juega un papel importante en la formación de nuevos recuerdos sobre eventos vividos ( memoria episódica o autobiográfica ). [47] [56] Parte de esta función es la participación del hipocampo en la detección de nuevos eventos, lugares y estímulos. [57] Algunos investigadores consideran el hipocampo como parte de un sistema de memoria más grande del lóbulo temporal medial responsable de la memoria declarativa general (recuerdos que pueden verbalizarse explícitamente; estos incluirían, por ejemplo, la memoria de hechos además de la memoria episódica). [46] El hipocampo también codifica el contexto emocional de la amígdala . Esta es, en parte, la razón por la que regresar a un lugar donde ocurrió un evento emocional puede evocar esa emoción. Existe una profunda conexión emocional entre los recuerdos episódicos y los lugares. [58]
Debido a la simetría bilateral el cerebro tiene un hipocampo en cada hemisferio cerebral . Si el daño al hipocampo ocurre en un solo hemisferio, dejando la estructura intacta en el otro hemisferio, el cerebro puede conservar un funcionamiento de la memoria casi normal. [59] El daño severo a los hipocampos en ambos hemisferios resulta en profundas dificultades para formar nuevos recuerdos ( amnesia anterógrada ) y a menudo también afecta los recuerdos formados antes de que ocurriera el daño ( amnesia retrógrada ). Aunque el efecto retrógrado normalmente se extiende muchos años antes del daño cerebral, en algunos casos persisten recuerdos más antiguos. Esta retención de recuerdos más antiguos lleva a la idea de que la consolidación con el tiempo implica la transferencia de recuerdos desde el hipocampo a otras partes del cerebro. [56] : Cap. 1 Los experimentos que utilizan el trasplante intrahipocámpico de células del hipocampo en primates con lesiones neurotóxicas del hipocampo han demostrado que el hipocampo es necesario para la formación y la recuperación, pero no para el almacenamiento, de los recuerdos. [60] Se ha demostrado que una disminución en el volumen de varias partes del hipocampo en las personas conduce a alteraciones específicas de la memoria. En particular, la eficiencia de la retención de la memoria verbal está relacionada con las partes anteriores del hipocampo derecho e izquierdo. La cabeza derecha del hipocampo participa más en las funciones ejecutivas y en la regulación durante el recuerdo de la memoria verbal. La cola del hipocampo izquierdo tiende a estar estrechamente relacionada con la capacidad de memoria verbal. [61]
El daño en el hipocampo no afecta a algunos tipos de memoria, como la capacidad de aprender nuevas habilidades (tocar un instrumento musical o resolver cierto tipo de acertijos, por ejemplo). Este hecho sugiere que tales capacidades dependen de diferentes tipos de memoria ( memoria procedimental ) y de diferentes regiones del cerebro. Además, los pacientes amnésicos frecuentemente muestran memoria "implícita" de experiencias incluso en ausencia de conocimiento consciente. Por ejemplo, a los pacientes a los que se les pide que adivinen cuál de dos caras han visto más recientemente pueden dar la respuesta correcta la mayor parte de las veces a pesar de afirmar que nunca han visto ninguna de las caras antes. Algunos investigadores distinguen entre el recuerdo consciente , que depende del hipocampo, y la familiaridad , que depende de porciones del lóbulo temporal medial. [62]
Cuando las ratas se exponen a un evento de aprendizaje intenso, pueden conservar un recuerdo del evento para toda la vida, incluso después de una sola sesión de entrenamiento. El recuerdo de tal evento parece almacenarse primero en el hipocampo, pero este almacenamiento es transitorio. Gran parte del almacenamiento de la memoria a largo plazo parece tener lugar en la corteza cingulada anterior . [63] Cuando se aplicó experimentalmente un evento de aprendizaje tan intenso, aparecieron más de 5.000 regiones de ADN metiladas de manera diferente en el genoma neuronal del hipocampo de las ratas una hora y 24 horas después del entrenamiento. [64] Estas alteraciones en el patrón de metilación ocurrieron en muchos genes que estaban regulados negativamente , a menudo debido a la formación de nuevos sitios de 5-metilcitosina en regiones del genoma ricas en CpG . Además, muchos otros genes estaban regulados positivamente , probablemente debido a la eliminación de grupos metilo de 5-metilcitosinas (5mC) previamente existentes en el ADN. La desmetilación de 5 mC puede llevarse a cabo mediante varias proteínas que actúan en conjunto, incluidas las enzimas TET y las enzimas de la vía de reparación por escisión de bases del ADN (consulte Epigenética en el aprendizaje y la memoria ).
Los estudios en ratas y ratones que se mueven libremente han demostrado que muchas neuronas del hipocampo actúan como células de lugar que se agrupan en campos de lugar , y estas disparan ráfagas de potenciales de acción cuando el animal pasa por un lugar en particular. Esta actividad neuronal relacionada con el lugar en el hipocampo también se ha informado en monos que se movían por una habitación mientras estaban en una silla de sujeción. [65] Sin embargo, las células del lugar pueden haberse disparado en relación con el lugar donde miraba el mono y no con su ubicación real en la habitación. [66] Durante muchos años, se han llevado a cabo muchos estudios sobre las respuestas al lugar en roedores, que han proporcionado una gran cantidad de información. [51] Las respuestas de las células de lugar se muestran en las células piramidales del hipocampo y en las células granulares de la circunvolución dentada . Otras células en menor proporción son interneuronas inhibidoras , y éstas a menudo muestran variaciones relacionadas con el lugar en su velocidad de activación que son mucho más débiles. Hay poca topografía espacial, si es que hay alguna, en la representación; en general, las células que se encuentran una al lado de la otra en el hipocampo tienen patrones de activación espacial no correlacionados. Las celdas del lugar suelen ser casi silenciosas cuando una rata se mueve fuera del campo del lugar, pero alcanzan frecuencias sostenidas de hasta 40 Hz cuando la rata está cerca del centro. La actividad neuronal muestreada de 30 a 40 células de lugares elegidos al azar contiene suficiente información para permitir reconstruir la ubicación de una rata con alta confianza. El tamaño de los campos de lugar varía en un gradiente a lo largo del hipocampo, con células en el extremo dorsal que muestran los campos más pequeños, células cerca del centro que muestran campos más grandes y células en la punta ventral que muestran campos que cubren todo el entorno. [51] En algunos casos, la tasa de activación de las células del hipocampo depende no solo del lugar sino también de la dirección en la que se mueve la rata, el destino hacia el que viaja u otras variables relacionadas con la tarea. [67] La activación de las células del lugar está sincronizada en relación con las ondas theta locales, un proceso denominado precesión de fase . [68]
En humanos, se han informado células con patrones de activación específicos de una ubicación durante un estudio de pacientes con epilepsia resistente a los medicamentos . Estaban siendo sometidos a un procedimiento invasivo para localizar el origen de sus convulsiones , con vistas a una resección quirúrgica. A los pacientes se les implantaron electrodos de diagnóstico en el hipocampo y luego utilizaron una computadora para moverse en una ciudad de realidad virtual . [69] Estudios similares de imágenes cerebrales en navegación han demostrado que el hipocampo está activo. [70] Se llevó a cabo un estudio sobre taxistas. Los conductores de taxis negros de Londres necesitan conocer la ubicación de una gran cantidad de lugares y las rutas más rápidas entre ellos para poder pasar una prueba estricta conocida como The Knowledge y poder obtener una licencia para operar. Un estudio demostró que la parte posterior del hipocampo es más grande en estos conductores que en el público en general, y que existe una correlación positiva entre el tiempo que se desempeña como conductor y el aumento del volumen de esta parte. También se encontró que el volumen total del hipocampo se mantuvo sin cambios, ya que el aumento observado en la parte posterior se realizó a expensas de la parte anterior, que mostró una disminución relativa de tamaño. No se han informado efectos adversos debido a esta disparidad en las proporciones del hipocampo. [71] Otro estudio mostró resultados opuestos en personas ciegas. La parte anterior del hipocampo derecho era más grande y la parte posterior más pequeña, en comparación con los individuos videntes. [72]
Hay varias células de navegación en el cerebro que se encuentran en el propio hipocampo o están fuertemente conectadas a él, como las células de velocidad presentes en la corteza entorrinal medial . Juntas, estas células forman una red que sirve como memoria espacial. La primera de estas células descubiertas en la década de 1970 fueron las células de lugar, lo que llevó a la idea de que el hipocampo actuaba para dar una representación neuronal del entorno en un mapa cognitivo . [50] Cuando el hipocampo es disfuncional, la orientación se ve afectada; las personas pueden tener dificultades para recordar cómo llegaron a un lugar y cómo continuar. Perderse es un síntoma común de la amnesia. [73] Los estudios con animales han demostrado que se requiere un hipocampo intacto para el aprendizaje inicial y la retención a largo plazo de algunas tareas de memoria espacial , en particular aquellas que requieren encontrar el camino hacia una meta oculta. [74] [75] [76] [77] Se han descubierto otras células desde el descubrimiento de las células de lugar en el cerebro de los roedores que se encuentran en el hipocampo o en la corteza entorrinal. Estas han sido asignadas como celdas de dirección de cabeza , celdas de cuadrícula y celdas de límite . [51] [78] Se cree que las células de velocidad proporcionan información a las células de la rejilla del hipocampo.
El conflicto de acercamiento-evitación ocurre cuando se presenta una situación que puede ser gratificante o castigadora, y la toma de decisiones resultante se ha asociado con ansiedad . [79] Los hallazgos de fMRI de estudios sobre la toma de decisiones de aproximación y evitación encontraron evidencia de un papel funcional que no se explica ni por la memoria a largo plazo ni por la cognición espacial. Los hallazgos generales mostraron que el hipocampo anterior es sensible al conflicto y que puede ser parte de una red cortical y subcortical más grande que se considera importante en la toma de decisiones en condiciones de incertidumbre. [79]
Una revisión hace referencia a una serie de estudios que muestran la implicación del hipocampo en tareas conflictivas. Los autores sugieren que un desafío es comprender cómo el procesamiento de conflictos se relaciona con las funciones de navegación espacial y memoria y cómo todas estas funciones no tienen por qué ser mutuamente excluyentes. [55]
El hipocampo ha recibido una atención renovada por su papel en la memoria social. Los sujetos humanos epilépticos con electrodos de profundidad en el hipocampo posterior izquierdo, anterior izquierdo o anterior derecho demuestran respuestas celulares distintas e individuales cuando se les presentan rostros de personajes famosos presumiblemente reconocibles. [80] Las asociaciones entre la identidad facial y vocal se mapearon de manera similar en el hipocampo de los monos rheseus. Las neuronas individuales en CA1 y CA3 respondieron fuertemente al reconocimiento de estímulos sociales mediante resonancia magnética. El CA2 no se distinguió y probablemente comprenda una proporción de las células CA1 reclamadas en el estudio. [81] Las subregiones dorsal CA2 y ventral CA1 del hipocampo se han implicado en el procesamiento de la memoria social. La inactivación genética de las neuronas piramidales CA2 conduce a una pérdida pronunciada de la memoria social, manteniendo intacta la sociabilidad en ratones. [82] De manera similar, también se ha demostrado que las neuronas piramidales CA1 ventrales son críticas para la memoria social bajo control optogenético en ratones. [83] [84]
El hipocampo muestra dos "modos" principales de actividad, cada uno asociado con un patrón distinto de actividad de la población neuronal y ondas de actividad eléctrica medidas por un electroencefalograma (EEG). Estos modos reciben el nombre de los patrones de EEG asociados con ellos: theta y gran actividad irregular (LIA). Las principales características que se describen a continuación son para la rata, que es el animal más estudiado. [85]
El modo theta aparece durante estados de comportamiento activo y de alerta (especialmente locomoción) y también durante el sueño REM (sueño). [86] En el modo theta, el EEG está dominado por grandes ondas regulares con un rango de frecuencia de 6 a 9 Hz , y los principales grupos de neuronas del hipocampo ( células piramidales y células granulares ) muestran una escasa actividad poblacional, lo que significa que en cualquier En un corto intervalo de tiempo, la gran mayoría de las células están en silencio, mientras que la pequeña fracción restante se dispara a velocidades relativamente altas, hasta 50 picos en un segundo para las más activas. Una celda activa normalmente permanece activa durante medio segundo a unos pocos segundos. A medida que la rata se comporta, las células activas se callan y se activan nuevas células, pero el porcentaje general de células activas permanece más o menos constante. En muchas situaciones, la actividad celular está determinada en gran medida por la ubicación espacial del animal, pero otras variables de comportamiento también influyen claramente en ella.
El modo LIA aparece durante el sueño de ondas lentas (sin soñar) y también durante estados de inmovilidad de vigilia, como descansar o comer. [86] En el modo LIA, el EEG está dominado por ondas agudas que son grandes desviaciones cronometradas aleatoriamente de la señal del EEG que duran entre 25 y 50 milisegundos. Las ondas agudas se generan frecuentemente en series, con series que contienen hasta 5 o más ondas agudas individuales y que duran hasta 500 ms. La actividad rápida de las neuronas dentro del hipocampo está altamente correlacionada con la actividad de ondas agudas. La mayoría de las neuronas disminuyen su velocidad de activación entre ondas agudas; sin embargo, durante una ola fuerte, hay un aumento dramático en la tasa de disparos en hasta el 10% de la población del hipocampo.
Estos dos modos de actividad del hipocampo se pueden observar tanto en primates como en ratas, con la excepción de que ha sido difícil ver una ritmicidad theta robusta en el hipocampo de los primates. Sin embargo, existen ondas agudas cualitativamente similares y cambios similares dependientes del estado en la actividad de la población neuronal. [87]
Las corrientes subyacentes que producen la onda theta son generadas principalmente por capas neurales densamente empaquetadas de la corteza entorrinal, CA3, y las dendritas de las células piramidales. La onda theta es una de las señales más grandes observadas en el EEG y se conoce como ritmo theta del hipocampo . [88] En algunas situaciones, el EEG está dominado por ondas regulares de 3 a 10 Hz, que a menudo continúan durante muchos segundos. Estos reflejan potenciales de membrana por debajo del umbral y modulan fuertemente los picos de las neuronas del hipocampo y se sincronizan a través del hipocampo en un patrón de ondas viajeras. [89] El circuito trisináptico es un relevo de neurotransmisión en el hipocampo que interactúa con muchas regiones del cerebro. A partir de estudios con roedores se ha propuesto que el circuito trisináptico genera el ritmo theta del hipocampo. [90]
La ritmicidad theta es muy evidente en conejos y roedores y también está claramente presente en gatos y perros. Aún no está claro si theta se puede observar en primates. [91] En las ratas (los animales que han sido más estudiados), theta se ve principalmente en dos condiciones: primero, cuando un animal camina o interactúa activamente de alguna otra manera con su entorno; segundo, durante el sueño REM . [92] La función de theta aún no se ha explicado de manera convincente, aunque se han propuesto numerosas teorías. [85] La hipótesis más popular ha sido la de relacionarlo con el aprendizaje y la memoria. Un ejemplo sería la fase con la que los ritmos theta, en el momento de la estimulación de una neurona, moldean el efecto de esa estimulación sobre sus sinapsis. Lo que se quiere decir aquí es que los ritmos theta pueden afectar aquellos aspectos del aprendizaje y la memoria que dependen de la plasticidad sináptica . [93] Está bien establecido que las lesiones del tabique medial , el nodo central del sistema theta, causan graves alteraciones de la memoria. [94] Sin embargo, el tabique medial es más que simplemente el controlador de theta; también es la principal fuente de proyecciones colinérgicas al hipocampo. [20] No se ha establecido que las lesiones septales ejerzan sus efectos específicamente eliminando el ritmo theta. [95]
Durante el sueño o durante el reposo, cuando un animal no está involucrado con su entorno, el EEG del hipocampo muestra un patrón de ondas lentas irregulares, algo mayores en amplitud que las ondas theta. Este patrón se ve interrumpido ocasionalmente por grandes oleadas llamadas olas agudas . [96] Estos eventos están asociados con ráfagas de actividad máxima que duran de 50 a 100 milisegundos en las células piramidales de CA3 y CA1. También están asociados con oscilaciones EEG de alta frecuencia y corta duración llamadas "ondulaciones", con frecuencias en el rango de 150 a 200 Hz en ratas, y en conjunto se conocen como ondas y ondulaciones agudas . Las ondas agudas son más frecuentes durante el sueño cuando ocurren a un ritmo promedio de alrededor de 1 por segundo (en ratas), pero en un patrón temporal muy irregular. Las ondas agudas son menos frecuentes durante los estados de vigilia inactiva y suelen ser más pequeñas. También se han observado ondas agudas en humanos y monos. En los macacos, las ondas agudas son fuertes pero no ocurren con tanta frecuencia como en las ratas. [87]
Uno de los aspectos más interesantes de las ondas agudas es que parecen estar asociadas con la memoria. Wilson y McNaughton 1994, [97] y numerosos estudios posteriores, informaron que cuando las células del hipocampo tienen campos de disparo espaciales superpuestos (y por lo tanto a menudo disparan casi de forma simultánea), tienden a mostrar actividad correlacionada durante el sueño después de la sesión conductual. Se ha descubierto que esta mejora de la correlación, comúnmente conocida como reactivación , ocurre principalmente durante olas agudas. [98] Se ha propuesto que las ondas agudas son, de hecho, reactivaciones de patrones de actividad neuronal que se memorizaron durante el comportamiento, impulsadas por el fortalecimiento de las conexiones sinápticas dentro del hipocampo. [99] Esta idea forma un componente clave de la teoría de la "memoria en dos etapas", [100] defendida por Buzsáki y otros, que propone que los recuerdos se almacenan dentro del hipocampo durante el comportamiento y luego se transfieren a la neocorteza durante el sueño. Las ondas agudas en la teoría hebbiana se consideran estimulaciones persistentemente repetidas por parte de células presinápticas, de células postsinápticas que se sugiere que impulsan cambios sinápticos en los objetivos corticales de las vías de salida del hipocampo. [101] La supresión de ondas y ondulaciones agudas durante el sueño o durante la inmovilidad puede interferir con los recuerdos expresados en el nivel del comportamiento, [102] [103] sin embargo, el código celular de lugar CA1 recién formado puede resurgir incluso después de un sueño con abolió ondas y ondulaciones agudas, en tareas espacialmente no exigentes. [104]
Al menos desde la época de Ramón y Cajal (1852-1934), los psicólogos han especulado que el cerebro almacena la memoria alterando la fuerza de las conexiones entre neuronas que están simultáneamente activas. [105] Esta idea fue formalizada por Donald Hebb en 1949, [106] pero durante muchos años permaneció sin explicación. En 1973, Tim Bliss y Terje Lømo describieron un fenómeno en el hipocampo del conejo que parecía cumplir con las especificaciones de Hebb: un cambio en la capacidad de respuesta sináptica inducido por una fuerte activación breve y que duraba horas, días o más. [107] Este fenómeno pronto se denominó potenciación a largo plazo (LTP). Como mecanismo candidato para la memoria a largo plazo , la LTP se ha estudiado intensamente desde entonces y se ha aprendido mucho sobre ella. Sin embargo, se reconoce que la complejidad y variedad de las cascadas de señalización intracelular que pueden desencadenar la LTP impiden una comprensión más completa. [108]
El hipocampo es un sitio particularmente favorable para estudiar la LTP debido a sus capas de neuronas densamente empaquetadas y claramente definidas, pero también se han observado tipos similares de cambios sinápticos dependientes de la actividad en muchas otras áreas del cerebro. [109] La forma mejor estudiada de LTP se ha observado en CA1 del hipocampo y ocurre en las sinapsis que terminan en espinas dendríticas y utilizan el neurotransmisor glutamato . [108] Los cambios sinápticos dependen de un tipo especial de receptor de glutamato , el receptor N -metil-D-aspartato (NMDA) , un receptor de la superficie celular que tiene la propiedad especial de permitir que el calcio entre en la columna postsináptica sólo cuando la activación presináptica y La despolarización postsináptica ocurre al mismo tiempo. [110] Los medicamentos que interfieren con los receptores NMDA bloquean la LTP y tienen efectos importantes en algunos tipos de memoria, especialmente la memoria espacial. Los ratones genéticamente modificados que son modificados para desactivar el mecanismo LTP, generalmente también muestran graves déficits de memoria. [110]
Las afecciones relacionadas con la edad, como la enfermedad de Alzheimer y otras formas de demencia (cuya alteración del hipocampo es uno de los primeros signos [111] ) tienen un impacto grave en muchos tipos de cognición , incluida la memoria . Incluso el envejecimiento normal se asocia con una disminución gradual de algunos tipos de memoria, incluida la memoria episódica y la memoria de trabajo (o memoria a corto plazo ). Debido a que se cree que el hipocampo desempeña un papel central en la memoria, ha habido un interés considerable en la posibilidad de que las disminuciones relacionadas con la edad puedan ser causadas por el deterioro del hipocampo. [112] : 105 Algunos estudios iniciales informaron una pérdida sustancial de neuronas en el hipocampo de personas mayores , pero estudios posteriores que utilizaron técnicas más precisas encontraron solo diferencias mínimas. [112] De manera similar, algunos estudios de resonancia magnética han informado una reducción del hipocampo en personas mayores, pero otros estudios no han logrado reproducir este hallazgo. Sin embargo, existe una relación fiable entre el tamaño del hipocampo y el rendimiento de la memoria; de modo que cuando hay una contracción relacionada con la edad, el rendimiento de la memoria se verá afectado. [112] : 107 También hay informes de que las tareas de memoria tienden a producir menos activación del hipocampo en los ancianos que en los jóvenes. [112] : 107 Además, un ensayo de control aleatorio publicado en 2011 encontró que el ejercicio aeróbico podría aumentar el tamaño del hipocampo en adultos de 55 a 80 años y también mejorar la memoria espacial. [113]
El hipocampo contiene altos niveles de receptores de glucocorticoides , lo que lo hace más vulnerable al estrés a largo plazo que la mayoría de las otras áreas del cerebro . [114] Existe evidencia de que los humanos que han experimentado estrés traumático severo y duradero muestran atrofia del hipocampo más que de otras partes del cerebro. [115] Estos efectos aparecen en el trastorno de estrés postraumático , [116] y pueden contribuir a la atrofia del hipocampo informada en la esquizofrenia [117] y la depresión grave . [118] El volumen del hipocampo anterior en los niños se correlaciona positivamente con los ingresos familiares de los padres y se cree que esta correlación está mediada por el estrés relacionado con los ingresos. [119] Un estudio reciente también ha revelado atrofia como resultado de la depresión, pero esto se puede detener con antidepresivos incluso si no son efectivos para aliviar otros síntomas. [120]
Se considera que el estrés crónico que produce niveles elevados de glucocorticoides , especialmente de cortisol , es una causa de atrofia neuronal en el hipocampo. Esta atrofia da como resultado un volumen más pequeño del hipocampo que también se observa en el síndrome de Cushing . Los niveles más altos de cortisol en el síndrome de Cushing suelen ser el resultado de medicamentos que se toman para otras afecciones. [121] [122] La pérdida neuronal también ocurre como resultado de una neurogénesis deteriorada. Otro factor que contribuye a un menor volumen del hipocampo es la retracción dendrítica, donde las dendritas se acortan en longitud y se reducen en número, en respuesta al aumento de glucocorticoides. Esta retracción dendrítica es reversible. [122] Después del tratamiento con medicamentos para reducir el cortisol en el síndrome de Cushing, se observa que el volumen del hipocampo se restaura hasta en un 10%. [121] Se considera que este cambio se debe a la reforma de las dendritas. [122] Esta restauración dendrítica también puede ocurrir cuando se elimina la tensión. Sin embargo, existe evidencia derivada principalmente de estudios con ratas de que el estrés que ocurre poco después del nacimiento puede afectar la función del hipocampo de maneras que persisten durante toda la vida. [123] : 170-171
También se ha demostrado que las respuestas específicas del sexo al estrés en la rata tienen un efecto sobre el hipocampo. El estrés crónico en la rata macho mostró retracción dendrítica y pérdida de células en la región CA3, pero esto no se demostró en la hembra. Se pensaba que esto se debía a las hormonas ováricas neuroprotectoras. [124] [125] En ratas, el daño al ADN aumenta en el hipocampo en condiciones de estrés. [126]
El hipocampo es una de las pocas regiones del cerebro donde se generan nuevas neuronas. Este proceso de neurogénesis se limita a la circunvolución dentada. [127] La producción de nuevas neuronas puede verse afectada positivamente por el ejercicio o negativamente por ataques epilépticos . [127]
Las convulsiones en la epilepsia del lóbulo temporal pueden afectar el desarrollo normal de nuevas neuronas y causar daño tisular. La esclerosis del hipocampo , incluida la esclerosis del cuerno de Amón , que es específica del lóbulo temporal mesial, es el tipo más común de daño tisular. [128] [129] Sin embargo, aún no está claro si la epilepsia generalmente es causada por anomalías del hipocampo o si el hipocampo está dañado por los efectos acumulativos de las convulsiones. [130] Sin embargo, en entornos experimentales donde se inducen artificialmente convulsiones repetitivas en animales, el daño al hipocampo es un resultado frecuente. Esto puede ser consecuencia de la concentración de receptores de glutamato excitables en el hipocampo. La hiperexcitabilidad puede provocar citotoxicidad y muerte celular. [122] También puede tener algo que ver con que el hipocampo es un sitio donde se siguen creando nuevas neuronas a lo largo de la vida, [127] y con anomalías en este proceso. [122]
Las causas de la esquizofrenia no se comprenden bien, pero se han informado numerosas anomalías de la estructura cerebral. Las alteraciones más investigadas afectan a la corteza cerebral, pero también se han descrito efectos en el hipocampo. Muchos informes han encontrado reducciones en el tamaño del hipocampo en personas con esquizofrenia. [131] [132] El hipocampo izquierdo parece estar más afectado que el derecho. [131] Se ha aceptado en gran medida que los cambios observados son el resultado de un desarrollo anormal. No está claro si las alteraciones del hipocampo desempeñan algún papel en la causa de los síntomas psicóticos que son la característica más importante de la esquizofrenia. Se ha sugerido que, a partir de trabajos experimentales con animales, la disfunción del hipocampo podría producir una alteración de la liberación de dopamina en los ganglios basales , afectando así indirectamente a la integración de la información en la corteza prefrontal . [133] También se ha sugerido que la disfunción del hipocampo podría explicar las alteraciones en la memoria a largo plazo que se observan con frecuencia. [134]
Los estudios de resonancia magnética han encontrado un volumen cerebral más pequeño y ventrículos más grandes en personas con esquizofrenia; sin embargo, los investigadores no saben si la contracción se debe a la esquizofrenia o a la medicación. [135] [136] Se ha demostrado que el hipocampo y el tálamo tienen un volumen reducido; y aumenta el volumen del globo pálido . Los patrones corticales se alteran y se ha observado una reducción en el volumen y espesor de la corteza, particularmente en los lóbulos frontal y temporal. Además, se ha propuesto que muchos de los cambios observados están presentes al inicio del trastorno, lo que da peso a la teoría de que existe un desarrollo neurológico anormal. [137]
Se ha considerado que el hipocampo es fundamental para la patología de la esquizofrenia, tanto en sus efectos neurales como fisiológicos. [131] Se ha aceptado generalmente que existe una conectividad sináptica anormal subyacente a la esquizofrenia. Varias líneas de evidencia implican cambios en la organización y conectividad sináptica, dentro y desde el hipocampo [131]. Muchos estudios han encontrado disfunción en los circuitos sinápticos dentro del hipocampo y su actividad en la corteza prefrontal. Se ha visto que las vías glutamatérgicas están en gran medida afectadas. Se considera que el subcampo CA1 es el menos involucrado de los otros subcampos, [131] [138] y se ha informado que CA4 y el subículo son las áreas más implicadas en otros lugares. [138] La revisión concluyó que la patología podría deberse a la genética, un desarrollo neurológico defectuoso o una plasticidad neuronal anormal. Se concluyó además que la esquizofrenia no se debe a ningún trastorno neurodegenerativo conocido. [131] El daño oxidativo del ADN aumenta sustancialmente en el hipocampo de pacientes de edad avanzada con esquizofrenia crónica . [139]
La amnesia global transitoria es una pérdida dramática, repentina, temporal y casi total de la memoria a corto plazo. Se han planteado hipótesis sobre varias causas, entre ellas isquemia, epilepsia, migraña [140] y alteración del flujo sanguíneo venoso cerebral, [141] que conduce a la isquemia de estructuras como el hipocampo que participan en la memoria. [142]
No ha habido pruebas científicas de ninguna causa. Sin embargo, los estudios de resonancia magnética ponderada por difusión realizados entre 12 y 24 horas después de un episodio han demostrado que hay pequeñas lesiones en forma de puntos en el hipocampo. Estos hallazgos han sugerido una posible implicación de que las neuronas CA1 se vuelvan vulnerables por el estrés metabólico. [140]
Algunos estudios muestran una correlación entre el volumen reducido del hipocampo y el trastorno de estrés postraumático (TEPT). [143] [144] [145] Un estudio de veteranos de combate de la guerra de Vietnam con trastorno de estrés postraumático mostró una reducción del 20% en el volumen de su hipocampo en comparación con los veteranos que no habían sufrido tales síntomas. [146] Este hallazgo no se replicó en pacientes con trastorno de estrés postraumático crónico traumatizados en un accidente aéreo en una exhibición aérea en 1988 (Ramstein, Alemania). [147] También se da el caso de que los hermanos gemelos no combatientes de veteranos de Vietnam con trastorno de estrés postraumático también tenían hipocampos más pequeños que otros controles, lo que plantea dudas sobre la naturaleza de la correlación. [148] Un estudio de 2016 fortaleció la teoría de que un hipocampo más pequeño aumenta el riesgo de trastorno de estrés postraumático, y un hipocampo más grande aumenta la probabilidad de un tratamiento eficaz. [149]
La atrofia del hipocampo se ha caracterizado en personas con microcefalia , [150] y modelos de ratón con mutaciones WDR62 que recapitulan las mutaciones puntuales humanas mostraron una deficiencia en el desarrollo y la neurogénesis del hipocampo. [151]
El hipocampo tiene una apariencia generalmente similar en todos los mamíferos, desde monotremas como el equidna hasta primates como los humanos. [152] La relación entre el tamaño del hipocampo y el tamaño del cuerpo aumenta ampliamente, siendo aproximadamente el doble en los primates que en el equidna. Sin embargo, no aumenta en ningún lugar cercano a la tasa de la relación neocórtex -tamaño corporal. Por tanto, el hipocampo ocupa una fracción mucho mayor del manto cortical en los roedores que en los primates. En los seres humanos adultos, el volumen del hipocampo a cada lado del cerebro es de aproximadamente 3,0 a 3,5 cm 3 , en comparación con los 320 a 420 cm 3 del volumen de la neocorteza. [153]
También existe una relación general entre el tamaño del hipocampo y la memoria espacial. Cuando se hacen comparaciones entre especies similares, aquellas que tienen una mayor capacidad de memoria espacial tienden a tener mayores volúmenes de hipocampo. [154] Esta relación también se extiende a las diferencias de sexo; en especies donde machos y hembras muestran fuertes diferencias en la capacidad de memoria espacial, también tienden a mostrar diferencias correspondientes en el volumen del hipocampo. [155]
Las especies no mamíferas no tienen una estructura cerebral que se parezca al hipocampo de los mamíferos, pero sí una que se considera homóloga a este. El hipocampo, como se señaló anteriormente, es en esencia parte de la alocorteza. Sólo los mamíferos tienen una corteza completamente desarrollada, pero la estructura a partir de la cual evolucionó, llamada palio , está presente en todos los vertebrados, incluso en los más primitivos como la lamprea o el mixino . [156] El palio suele dividirse en tres zonas: medial, lateral y dorsal. El palio medial forma el precursor del hipocampo. No se parece visualmente al hipocampo porque las capas no están deformadas en forma de S ni envueltas por la circunvolución dentada, pero la homología está indicada por fuertes afinidades químicas y funcionales. Ahora hay evidencia de que estas estructuras similares al hipocampo están involucradas en la cognición espacial en aves, reptiles y peces. [157]
En las aves, la correspondencia está suficientemente establecida que la mayoría de los anatomistas se refieren a la zona paleal medial como "hipocampo aviar". [158] Numerosas especies de aves tienen fuertes habilidades espaciales, en particular aquellas que almacenan alimentos. Existe evidencia de que las aves que almacenan alimentos tienen un hipocampo más grande que otros tipos de aves y que el daño al hipocampo causa alteraciones en la memoria espacial. [159]
La historia del pescado es más compleja. En los peces teleósteos (que constituyen la gran mayoría de las especies existentes), el cerebro anterior está distorsionado en comparación con otros tipos de vertebrados: la mayoría de los neuroanatomistas creen que el cerebro anterior de los teleósteos está esencialmente evertido, como un calcetín al revés, de modo que las estructuras que se encuentran en el interior, junto a los ventrículos, en la mayoría de los vertebrados, se encuentran en el exterior en los peces teleósteos, y viceversa. [160] Una de las consecuencias de esto es que se cree que el palio medial (zona "hipocampal") de un vertebrado típico corresponde al palio lateral de un pez típico. Se ha demostrado experimentalmente que varios tipos de peces (particularmente peces dorados) tienen fuertes capacidades de memoria espacial, incluso formando "mapas cognitivos" de las áreas que habitan. [154] Existe evidencia de que el daño al palio lateral afecta la memoria espacial. [161] [162] Aún no se sabe si el palio medial desempeña un papel similar en vertebrados aún más primitivos, como tiburones y rayas, o incluso lampreas y mixinos. [163]
Algunos tipos de insectos y moluscos como el pulpo también tienen fuertes capacidades de aprendizaje y navegación espacial, pero parecen funcionar de manera diferente al sistema espacial de los mamíferos, por lo que todavía no hay una buena razón para pensar que tengan un origen evolutivo común. ; Tampoco existe suficiente similitud en la estructura cerebral para permitir identificar algo parecido a un "hipocampo" en estas especies. Algunos han propuesto, sin embargo, que los cuerpos en forma de hongo del insecto pueden tener una función similar a la del hipocampo. [164]
A través de una investigación exhaustiva del hipocampo en diferentes organismos, se recopiló una base de datos completa sobre morfología, conectividad, fisiología y modelos computacionales. [165]
Las neuronas CA1 constan de cuatro regiones, es decir, el estrato oriens, el cuerpo celular, el estrato radiatum y el estrato lacunosum-moleculare.
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