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La actividad neuronal acoplada controla la memoria de trabajo en humanos

¿Cómo almacena el cerebro humano información temporalmente sin perderla de vista? Los neurocientíficos han descubierto que las neuronas de los lóbulos frontal y temporal trabajan juntas para almacenar información en la memoria de trabajo. La memoria de trabajo es un proceso cognitivo fundamental que nos permite retener información temporalmente a medida que llega a través de nuestros sentidos. Como un pequeño contenedor, la memoria de trabajo nos permite almacenar información de manera transitoria, como el nombre de una persona que acabamos de conocer, una lista de compras o datos que acabamos de aprender en una conferencia. Sin embargo, al igual que un pequeño contenedor, tiene una capacidad limitada y sólo puede almacenar unos pocos recuerdos a la vez. La memoria de trabajo también es notablemente frágil. Incluso las distracciones menores a menudo pueden hacer que los recuerdos parezcan desaparecer sin dejar rastro: piense en la facilidad con la que olvidamos el nombre de una persona que acabamos de conocer, después de cambiar el tema de conversación. Aunque este proceso cognitivo central ha sido durante mucho tiempo tema de intenso interés e investigación por parte de los neurocientíficos, aún no se comprende bien cómo el cerebro humano maneja la información sobre los elementos almacenados en la memoria de trabajo. En un artículo publicado en Nature, Daume et al. informan de sus análisis de neuronas individuales y poblaciones neuronales en personas que participan en una tarea de memoria de trabajo, y proporcionan nuevos conocimientos sobre cómo el cerebro humano representa y controla el mantenimiento de la información en la memoria de trabajo.

Dos áreas clave del cerebro (el lóbulo temporal medial y el lóbulo frontal) han surgido como actores candidatos en la memoria de trabajo. En humanos, por ejemplo, se han observado patrones de actividad específicos de la memoria en las neuronas del lóbulo temporal medial, lo que sugiere que desempeñan un papel en el almacenamiento de la memoria. Otras neuronas, en partes del lóbulo frontal, han sido implicadas en procesos cognitivos como la atención y el mantenimiento de la memoria de trabajo. En el estudio actual, Daume y sus colegas investigaron cómo interactúan estas áreas para controlar la memoria de trabajo. Lo hicieron registrando las actividades de neuronas individuales utilizando electrodos intracraneales especializados, que se insertaron en los lóbulos frontal y temporal de voluntarios como parte de la atención neuroquirúrgica planificada para monitorizar la epilepsia. Este enfoque permitió al equipo rastrear las actividades de una sola neurona mientras los participantes mantenían varios elementos (en este caso, imágenes) en la memoria de trabajo.

Los autores descubrieron que ciertas neuronas sincronizaban su actividad de activación en un proceso llamado acoplamiento de fase-amplitud, mediante el cual la fase de una oscilación electrofisiológica más lenta se acopla con la amplitud de una oscilación más rápida. En concreto, identificaron subpoblaciones de neuronas en el lóbulo temporal cuya actividad reflejaba el acoplamiento entre la fase de las ondas theta (que oscilan a una frecuencia de 3-7 Hz) y la amplitud de las ondas gamma (que oscilan a 30-140 Hz). Además, el grado en que estas neuronas coordinaban su actividad con la actividad theta de las neuronas del lóbulo frontal dependía del número de elementos que debían mantenerse en la memoria de trabajo y, por lo tanto, reflejaba el grado de control cognitivo que debía ejercerse.

En particular, los autores también descubrieron que las neuronas que participaban en el acoplamiento de fase-amplitud eran en su mayoría distintas de las neuronas de “categoría”, que codificaban información sobre elementos específicos que se guardaban en la memoria de trabajo. Esto proporciona evidencia de una división entre las neuronas que almacenan información temporalmente y las que controlan su mantenimiento. Finalmente, Daume et al. demostraron que las neuronas involucradas en el acoplamiento de fase-amplitud influyeron en los patrones de actividad de la población neuronal. Estos patrones se correlacionaban con la precisión con la que se guardaba en la memoria la información sobre los elementos y, por lo tanto, con el desempeño de los participantes en la tarea.

En conjunto, estos hallazgos son sorprendentes, porque sugieren que la memoria de trabajo está respaldada por un mecanismo multicomponente mediante el cual las áreas frontales ejercen control sobre el mantenimiento de la memoria de trabajo en áreas donde se almacenan los recuerdos, como el lóbulo temporal medial. Los resultados también impulsan muchas líneas de investigación adicionales. ¿Por qué los humanos tienen una capacidad de memoria de trabajo limitada y por qué ciertos individuos tienen mejor memoria de trabajo que otros? ¿Cómo se podrían almacenar de manera óptima diferentes formas de información, como nombres, rostros e imágenes? Los conocimientos sobre cómo el lóbulo frontal ejerce control sobre la memoria de trabajo también podrían indicar cómo se origina el fallo de memoria y podrían abrir paso a nuevas vías de investigación destinadas a desarrollar tratamientos para enfermedades como la enfermedad de Alzheimer, en la que la memoria de trabajo a menudo se ve afectada.

Esta comprensión de la memoria de trabajo podría abrir muchas perspectivas interesantes en el campo de la neurofisiología humana. Estos podrían incluir el desarrollo de prótesis neuronales de circuito cerrado (dispositivos automoduladores diseñados para reemplazar una función neurológica perdida) que podrían modular o mejorar la memoria de trabajo. Por ejemplo, sería interesante explorar si el acoplamiento de amplitud y fase theta-gamma se puede mejorar utilizando estimulaciones cerebrales profundas alineadas con precisión, o si la memoria de trabajo se puede mejorar en individuos con trastornos neurodegenerativos o afecciones asociadas con una lesión cerebral traumática.

Investigaciones futuras también podrían examinar si es posible limitar los efectos de los distractores o mejorar la capacidad de la memoria de trabajo mediante la biorretroalimentación, una técnica terapéutica en la que se utilizan sensores para permitir a una persona monitorear los cambios fisiológicos, incluidos los patrones de actividad neurológica, en su propio cuerpo. El estudio de Daume y sus colegas proporciona un terreno fértil para comenzar a investigar estas posibilidades, incluido cómo recordar el nombre de esa persona que acaba de conocer.

Ziv Williams. Nature. doi: https://doi.org/10.1038/d41586-024-00963-3

Daume, J. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-024-07309-z (2024).

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