La repetición del hipocampo es un fenómeno observado en ratas , ratones , [1] gatos , conejos , [2] pájaros cantores [3] y monos . [4] Durante el sueño o el descanso despierto, la repetición se refiere a la repetición de una secuencia de activaciones celulares que también ocurrieron durante la actividad, pero la repetición tiene una escala de tiempo mucho más rápida. Puede ser en el mismo orden o al revés. También se encontraron casos en los que ocurre una secuencia de activaciones antes de la actividad real, pero sigue siendo la misma secuencia. Esto se llama juego previo .
El fenómeno se ha observado principalmente en el hipocampo , una región del cerebro asociada con la memoria y la navegación espacial. En concreto, las células que exhiben este comportamiento son células de lugar , caracterizadas por aumentar de forma fiable su actividad cuando el animal se encuentra en una determinada ubicación del espacio. Durante la navegación, las células del lugar se disparan en una secuencia de acuerdo con la trayectoria del animal. En una instancia de repetición, las células se activan como en respuesta al mismo camino espacial, pero a un ritmo mucho más rápido de lo que realmente se movió el animal.
La actividad de las células de un solo lugar ya estaba bien establecida cuando el primer estudio exploró este fenómeno en 1989. [5] Demostraron que la actividad neuronal de las células de un solo lugar durante el sueño se parecía a la actividad durante el estado de vigilia. Esta actividad fue mayor que la de otras células y este estudio fue sólo el primer paso hacia la comprensión de la repetición. Estudios posteriores demostraron que grandes grupos de células también presentaban este tipo de mayor actividad durante el sueño. Además, se descubrió que el orden de actividad de las células de lugar también se replicaba durante el sueño. [6] Se demostró que las secuencias de activación de tres o más neuronas observadas en el hipocampo durante la locomoción se repiten selectivamente durante el sueño posterior de ondas lentas con mayor probabilidad que durante el sueño anterior, y la repetición de la secuencia se comprime durante las oscilaciones de alta frecuencia . [7] Estas oscilaciones de campo de alta frecuencia llamadas ondas se observaron en el estado de sueño y luego se demostró que desempeñan un papel causal en la consolidación de la memoria . [8] [9]
El siguiente paso fue el descubrimiento de la repetición durante el estado de vigilia. En 1999, diez años después del descubrimiento inicial, también se demostró que las grabaciones neuronales en estado de vigilia tenían actividad de repetición. [10] Es considerablemente más difícil detectar esta actividad en estado despierto y se han utilizado varios métodos, incluida la decodificación bayesiana, para cuantificar los eventos de repetición que ocurren durante las ondas de onda corta. [11] Los avances recientes incluyen el hallazgo de que la repetición puede ocurrir a la inversa [12] y que también se ha descubierto que ocurre en diferentes entornos. [13] El papel de la repetición en la consolidación de la memoria en estas diferentes condiciones y entornos todavía se está explorando y varias teorías intentan responder a esta pregunta.
La repetición puede ocurrir en varias condiciones ambientales, fisiológicas y de comportamiento diferentes. La primera distinción entre los estados de vigilia y sueño puede representar diferentes roles en la consolidación de la memoria. En el estado de sueño, los eventos de ondulación y la actividad de las células del lugar similar a la de la actividad en el entorno definen los eventos de repetición. En el estado de sueño, también existe una distinción entre REM (movimiento ocular rápido) y SWS (sueño de ondas lentas), lo que tiene implicaciones para los eventos de repetición. [14] [15] Durante SWS, las celdas de lugar se activan en un orden secuencial, lo que indica repetición y posiblemente indica consolidación de memoria. Sin embargo, durante el sueño REM, donde ocurren los sueños en los humanos, también ocurrieron eventos de repetición, lo que sugiere un posible papel de las células de lugar en los sueños.
En estado despierto ocurre la misma actividad, sin embargo es más difícil de detectar y el animal debe estar en estado de reposo. Por último, existen muchos entornos para repetir eventos en el animal despierto. La longitud de la pista puede ser corta o larga y aun así ser reproducida por una población de celdas de lugar. [16] Además, la repetición de un solo entorno puede ocurrir cuando el animal está en ese entorno o en diferentes entornos. [17] [18] Esto puede mostrar que la consolidación de la memoria es un proceso persistente que puede ocurrir en varios tipos diferentes de entornos y condiciones de comportamiento. La solidez de los eventos de repetición indica la importancia de este proceso.
Como se mencionó anteriormente, la activación secuencial de las células de lugar del hipocampo según sus campos de lugar puede ocurrir durante los períodos de descanso antes de que el animal realmente atraviese el camino activado, incluso si el animal nunca lo ha experimentado antes. [19] Esto sugiere que la activación del hipocampo durante el reposo puede tener una función no sólo en la consolidación y recuperación de la memoria, sino también en la planificación : contribuye a la organización de la red para mejorar la codificación de eventos futuros.
Los estímulos sensoriales pueden inducir eventos de repetición o mejorar la repetición: [20] en el estado despierto, la repetición a menudo comienza desde la ubicación actual y continúa hacia adelante o hacia atrás en el tiempo, y es más probable que las ubicaciones cercanas sean los campos de neuronas que exhiben la repetición. que lugares lejanos. Esto es como la recuperación de recuerdos con señales , donde una entrada sensorial desencadena la recuperación de recuerdos similares o relevantes. La señal puede incluso desencadenar una repetición en un entorno diferente, si las células del lugar indicadas representan una ubicación en un entorno diferente además de la ubicación actual del animal.
Varios estudios están empezando a comprender que la repetición puede no ocurrir sólo en el hipocampo . La reproducción se ha relacionado con una actividad coherente en las regiones corticales de la red en modo predeterminado. [21] Después del aprendizaje, se produjeron eventos de repetición similares tanto en el tálamo como en la corteza . [22] Además, la corteza visual mostró una actividad de la población que estaba coordinada en regiones de tiempo discretas y que ocurría simultáneamente con la actividad en el hipocampo. [23] La reactivación simultánea en el hipocampo y la corteza puede demostrar que la consolidación de la memoria requiere entrada/salida cortical para mantener la memoria. Esta hipótesis encaja bien con la idea de que la corteza juega un papel integral en la recuperación de la memoria después de que se produce la consolidación. Por lo tanto, la repetición del hipocampo puede desempeñar el papel de transferencia de información entre el hipocampo y la corteza, aunque esta idea requiere mayor verificación.
Se ha implicado, aunque no demostrado, que la repetición del hipocampo en estado despierto se correlaciona con el rendimiento en tareas de navegación después del evento de repetición. [24] La repetición puede desempeñar un papel en la consolidación de recuerdos relacionados con la ubicación espacial, [25] aunque aún no se ha demostrado una relación causal clara entre la repetición y la consolidación de la memoria. Además, la repetición también parece estar relacionada con la recuperación de la memoria : se activa mediante señales que también desencadenan la recuperación de la memoria, y en situaciones que lo requieren, como la planificación de una trayectoria basada en las consecuencias de elecciones pasadas. Esta relación también es todavía sólo correlativa, pero hay estudios que muestran evidencia de la necesidad de la repetición para una recuperación exitosa de la memoria. [26]
Es probable que la repetición participe tanto en la consolidación de los recuerdos como en la construcción de un mapa cognitivo . También es probable que la repetición desempeñe un papel importante en la generación y mantenimiento de un mapa de valores, que es una variación propuesta del mapa cognitivo en el que los recuerdos se refuerzan de acuerdo con sus valores. [27]
En estudios realizados para monitorear los patrones de repetición del hipocampo de eventos que suceden en la mente de las ratas, se descubrió que dependen en gran medida de recuerdos reproducibles a largo plazo para su vida diaria. Para determinar si los animales realmente podían retener los recuerdos, los científicos establecieron una serie de eventos episódicos (es decir, una serie de túneles, un laberinto, una pista llena de giros y vueltas) para visualizar la actividad neuronal a medida que la rata completa su recorrido alrededor del nuevo alrededores. El fármaco activador quimiogenético N-óxido de clozapina (CNO), pero no el vehículo, altera reversiblemente la repetición de la memoria episódica en ratas previamente inyectadas bilateralmente en el hipocampo con un vector viral recombinante que contiene un receptor inhibidor de diseño activado exclusivamente por un fármaco de diseño (DREADD; AAV8- hSyn-hM4Di-mCherry). Por el contrario, dos evaluaciones de la memoria no episódica no se ven afectadas por la CNO, lo que muestra selectividad de este deterioro dependiente del hipocampo. [28]