¿Cómo sabe nuestro cerebro qué recuerdo sigue a otro? Dos personas se conocen, se enamoran y viven felices para siempre, –o en ocasiones no—. La secuencia de eventos que tiene lugar en nuestra mente –en la que un episodio va seguido de otro— puede tener algo que ver con las llamadas células del tiempo descubiertas recientemente en el hipocampo humano. La investigación proporciona pruebas de cómo nuestro cerebro conoce el comienzo y el final de los recuerdos a pesar de los intervalos de tiempo que pueda haber entre ellos. A medida que continúen estos estudios, el trabajo podría conducir a estrategias para la restauración o mejora de la memoria.
La investigación se ha centrado en la «memoria episódica», la capacidad de recordar el «qué, dónde y cuándo» de una experiencia pasada, como el recuerdo de lo que hizo cuando se despertó hoy. Es parte de un esfuerzo continuo para identificar cómo el órgano crea esos recuerdos.
Un equipo dirigido por Leila Reddy, neurocientífica del Centro Nacional de Investigación Científica de Francia, se dio a la tarea de comprender cómo las neuronas humanas en el hipocampo representan información temporal durante una secuencia de pasos de aprendizaje para desmitificar el funcionamiento de las células del tiempo en el cerebro. En un estudio publicado este verano en el Journal of Neuroscience, Reddy y sus colaboradores encontraron que, para organizar distintos momentos de experiencia, las células del tiempo humanas se activan en momentos sucesivos durante cada tarea.
El estudio proporcionó una confirmación adicional de que las células del tiempo residen en el hipocampo, un centro de procesamiento de memoria clave. Se encienden a medida que se desarrollan los eventos, proporcionando un registro del paso del tiempo en una experiencia. «Estas neuronas podrían desempeñar un papel importante en cómo se representan los recuerdos en el cerebro», dice Reddy. «Comprender los mecanismos para codificar el tiempo y la memoria será un área importante de investigación».
Matthew Self, coautor del estudio e investigador principal del departamento de visión y cognición del Instituto de Neurociencia de los Países Bajos, enfatiza la importancia del papel de estas células del tiempo del hipocampo en la codificación de experiencias en la memoria. «Cuando recordamos un recuerdo, podemos recordar no solo lo que nos sucedió, sino también dónde estábamos y cuándo nos sucedió», dice. «Creemos que las células de tiempo pueden ser la base subyacente para la codificación de cuándo sucedió algo».
Si bien los investigadores han sabido sobre la existencia de células del tiempo en los cerebros de los roedores durante décadas, fueron identificadas por primera vez en el cerebro humano a fines del año pasado por investigadores del Centro Médico Southwestern de la Universidad de Texas y sus colegas. Para comprender mejor estas células, Reddy y su equipo examinaron la actividad del hipocampo de pacientes con epilepsia a los que se les implantaron electrodos en el cerebro para evaluar un posible tratamiento para su afección. Los sujetos aceptaron participar en dos experimentos diferentes después de su cirugía.
«Durante la cirugía, los electrodos se insertan a través de pequeños orificios de unos dos milímetros en el cráneo. Estos orificios se sellan hasta que los pacientes se recuperan de la cirugía y se controlan durante un máximo de dos semanas con los electrodos colocados en una unidad de control de la epilepsia, o UEM», dice Self. «Registramos la actividad neuronal del hipocampo mientras los pacientes realizan tareas en la UEM durante un período de aproximadamente una semana después de la cirugía».
En el primer experimento, a los participantes del estudio se les presentó una secuencia de cinco a siete imágenes de diferentes personas o escenas en un orden predeterminado que se repitió varias veces. Una imagen determinada, digamos de una flor, se mostraba durante 1,5 segundos, seguida de una pausa de medio segundo y luego otra imagen –un perro, por ejemplo—. En un 20 por ciento aleatorio de los intervalos de imágenes a lo largo de las sesiones, el desfile de imágenes se detenía y los participantes debían decidir cuál de las dos imágenes era la correcta en la secuencia antes de continuar. Los investigadores descubrieron que, en el transcurso de 60 repeticiones de la secuencia completa, todas las neuronas sensibles al tiempo se dispararon en momentos específicos en intervalos entre pruebas, sin importar qué imagen se mostrara.
Un segundo experimento siguió el mismo diseño, excepto que, después de que la secuencia se repitió un número fijo de veces, se mostraba una pantalla negra durante 10 segundos –un intervalo que estaba destinado a actuar como una distracción—. Para la mitad de los participantes, estos intervalos ocurrieron después de cada cinco repeticiones de la secuencia (lo que resultó en seis lagunas en el experimento). Para los participantes restantes, ocurrieron después de cada dos repeticiones de la secuencia (lo que resultó en 15 espacios). La secuencia se repitió solo 30 veces.
A los participantes del segundo experimento se les preguntó sobre el orden de las imágenes en la secuencia mientras se registraba la actividad eléctrica de las células individuales en su cerebro. Algunas neuronas se dispararon en un momento, correspondiente a una imagen en particular. Otras lo hicieron en otro momento para una imagen diferente. Las células de tiempo correspondientes a una imagen específica todavía se encendían durante los intervalos de 10 segundos en los que no se mostraba ninguna imagen. Estos espacios parecían ayudar a los sujetos a recordar más imágenes y su orden correcto. Durante los períodos de interrupción, alrededor del 27 por ciento de las veces se activaron las células.
Para abordar la cuestión de si la información del tiempo estaba presente en la actividad de las neuronas del hipocampo, los investigadores estimularon un subconjunto de neuronas de las células del tiempo que se activaban en respuesta a una imagen. La actividad de disparo de cada neurona se modeló en función del tiempo, la identidad de la imagen y si el período temporal correspondía a una imagen o los períodos de intervalo entre estímulos (ISI) –los espacios de 0,5 segundos entre las imágenes—.
Los investigadores pudieron decodificar diferentes momentos en el tiempo basándose en la actividad de todo el grupo de neuronas, evidencia de que el cerebro humano contiene neuronas de seguimiento del tiempo. «Creemos que la población de células de tiempo en el hipocampo representa varias escalas de tiempo diferentes y superpuestas», dice Self. «La actividad de estas células está presente durante todo el ensayo, proporcionando una marca de tiempo para un evento». Sin embargo, el hecho de que estas células también representen el contenido de nuestra memoria (el «qué» y el «cuándo») hace que las cosas sean más complejas, explica. «No entendemos completamente cómo se codifica la memoria», dice Self, «pero el patrón de actividad en el hipocampo parece proporcionarnos simultáneamente la marca de tiempo y el contenido de la experiencia».
Self agrega que esta información puede combinarse con señales que indiquen el contexto de la experiencia, pero se necesita más investigación para comprender este mecanismo. «No sirve de nada codificar que viste a tu amigo al comienzo de un evento sin codificar también el contexto, que el evento implicó ‘caminar por el supermercado’», dice. «Nuestra investigación futura tiene como objetivo comprender cómo se combina la información del tiempo con la información contextual para proporcionar una estructura temporal a nuestros recuerdos».
Los resultados parecen ser similares a estudios previos en ratas que demuestran que las células del tiempo son lo mismo que las «células del concepto» que responden a diferentes representaciones del mismo estímulo, que estas células codifican tanto un concepto como un tiempo. «Las células del tiempo en [el] hipocampo de la rata también son células de lugar que responden cuando la rata se encuentra en un lugar en particular», dice Self. «Parece que las células del hipocampo son multidimensionales y pueden codificar diferentes aspectos de nuestras experiencias en sus patrones de activación».
El estudio responde a una pregunta clave sobre las células del tiempo humano, comenta Stefan Leutgeb, presidente de la sección de neurobiología de la Universidad de California en San Diego. «El estudio actual hace un par de contribuciones importantes. Primero, proporciona una confirmación adicional de que las células del tiempo no solo son comunes en el hipocampo de roedores, sino que también se pueden observar en altas proporciones en el hipocampo humano», dice Leutgeb, que no participó en el trabajo. «De hecho, la proporción de células de tiempo que se detectaron en humanos en el presente estudio es mayor, en comparación con el estudio anterior».
Los hallazgos podrían explicar por qué algunas personas con daño en alguno de sus hipocampos, que residen en cada hemisferio cerebral, pueden recordar eventos, pero tienen problemas para colocarlos en el orden correcto, un problema para los pacientes con enfermedad de Alzheimer y otras afecciones neurodegenerativas. «Es de esperar que una comprensión clara de las contribuciones celulares a las funciones de la memoria nos acerque a comprender por qué se pierden las funciones de la memoria en algunas enfermedades y cómo se pueden tratar estas enfermedades», dice Jørgen Sugar, profesor asociado de fisiología en la Universidad de Oslo, quien no participó en el nuevo estudio.
Los investigadores en este campo esperan seguir adelante con el trabajo. «El siguiente paso es desarrollar métodos invasivos o no invasivos para modular la actividad de las células del tiempo y los circuitos de las células del tiempo», dice Bradley Lega, profesor asociado de cirugía neurológica en la U.T. Southwestern, quien fue el autor principal del estudio que documentó por primera vez la presencia de células del tiempo en el cerebro humano el año pasado. «Esto puede proporcionar una estrategia de neuromodulación para la restauración o mejora de la memoria. La actividad de las células de tiempo también se puede monitorear para determinar qué ocurre cuando se aplican impulsos eléctricos durante dicho procedimiento».
Algunos científicos creen que este trabajo podría ayudar a desarrollar algún día «prótesis de memoria», una técnica que permitiría a una computadora insertar o borrar recuerdos con electrodos colocados en el cerebro. Tal paso plantearía problemas éticos sobre la manipulación de recuerdos, pero probablemente no esté cerca de realizarse.
Esa tecnología potencial también podría usarse para tratar el trastorno de estrés postraumático o el alzhéimer. «Podría ser tentador desarrollar estos dispositivos para que los recuerdos se puedan borrar o insertar, pero no veo cómo estos dispositivos podrían regularse para evitar el uso indebido (inserción de recuerdos falsos o eliminación de recuerdos importantes)», dice Jørgen. «Creo que una estrategia más razonable es centrar nuestros esfuerzos en los tratamientos preventivos de los trastornos de la memoria».
«Espero que el trabajo en humanos pueda revelar cómo las células del tiempo contribuyen realmente a la codificación y recuperación de una memoria única de un solo disparo», agrega. «Entonces, la raza humana sería optimista sobre el momento en que esta investigación emergente se utilizará para ayudarnos a comprender cómo nuestro cerebro conoce el comienzo y el final de los recuerdos a pesar de los intervalos de tiempo entre eventos».
Abdulrahman Olagunju
Referencia: « Human hippocampal neurons track moments in a sequence of events»; L. Reddy et al. en Journal of Neuroscience, vol. 41, págs. 6714-6725, 4 de agosto de 2021.
