Recerca

Desxifren els mecanismes implicats en la memòria de treball

Investigadors de l’IDIBAPS publiquen avui un estudi a la revista Nature Neuroscience en el que descriuen els mecanismes d’acció de les neurones en el que es coneix com a memòria de treball. Aquesta memòria és la que ens permet emmagatzemar de forma temporal la informació per poder realitzar una tasca concreta, té importants implicacions en la funció cognitiva de les persones i es troba alterada en diversos trastorns mentals.

D'esquerra a dreta: Joao Barbosa, Heike Stein i Albert Compte.

L’estudi l’ha coordinat Albert Compte, cap del grup Neurobiologia teòrica dels circuits corticals de l’IDIBAPS. Els primers signants de l’estudi són Joao Barbosa i Heike Stein.

Fins ara s’havia considerat que els impulsos neuronals continuats en el temps constituïen el mecanisme encarregat de la memòria de treball. “Quan hi ha alguna cosa important a retenir, les neurones comencen a disparar impulsos elèctrics i mantenen l’activitat durant tot el temps que dura la memòria. Les neurones s’organitzen i divideixen la feina i s’activen en funció del que s’ha de recordar. D’això se’n diu activitat neuronal sostinguda o persistent”, assenyala Joao Barbosa.

Aquesta memòria és la que permet recordar aquelles coses que succeeixen en un curt termini de temps i que ajuden a tenir el context, per exemple, d’una conversa. “És com una pissarra que et permet tenir una visió global per agafar les idees. És una funció cognitiva important que està vinculada amb la intel·ligència, amb el rendiment cognitiu i que es troba alterada en malalties com l’esquizofrènia i altres trastorns mentals”, explica Albert Compte.

Recentment, estudis d’electroencefalografia i de ressonància magnètica funcional han evidenciat la dificultat de mesurar una gran activació durant els períodes de memòria. Això ha qüestionat la idea de l’activitat neuronal sostinguda com a base de la memòria de treball, i s’ha proposat un mecanisme alternatiu: no hi ha activació persistent, sinó una modificació temporal de les connexions entre neurones, el que es coneix com a traça sinàptica.

L’estudi publicat a Nature Neuroscience es va dissenyar per trobar quin és el mecanisme principal implicat en la memòria de treball: l’activitat neuronal sostinguda o les modificacions sinàptiques.

Els investigadors de l’IDIBAPS van estudiar com interactuen els mecanismes, si hi son l’un o l’altre o si coexisteixen. Per fer-ho, van reanalitzar dades d’experiments cognitius realitzats en models animals per col·laboradors a la Universitat de Wake Forest (EUA) i van dur a terme experiments d’electroencefalografia i d’estimulació magnètica transcranial amb persones sanes a l’Hospital Clínic.

L’anàlisi de les dades dels experiments sobre tasques de memòria en models animals va demostrar que l’activitat neuronal sostinguda que caracteritza els períodes de memòria de treball desapareixia en els breus intervals de descans entre períodes de memòria consecutius. “En canvi, en aquests intervals de descans hem trobat que hi ha traça sinàptica. Aquest mecanisme permet anar d’una memòria a l’altra i exerceix una atracció entre memòries consecutives que podem mesurar en les respostes dels participants, el que anomenem biaixos serials”, afirma Heike Stein.

Els investigadors van repetir aquests experiments en participants humans sans usant electroencefalograma i van trobar resultats molt paral·lels. Per confirmar un model computacional que integrava les dades dels experiments electrofisiològics, es va dur a  terme un experiment causal mitjançant estimulació magnètica transcranial. L’experiment consisteix en provocar una pertorbació local de l’activitat elèctrica en una zona del cervell i veure si això afecta a la conducta. Van veure que la pertorbació aplicada a l’escorça prefrontal en l’interval de descans esbiaixava les respostes de la tasca de memòria posterior justament tal com el model predeia.

Els resultats de l’anàlisi en models animals i els estudis en humans demostren que els dos mecanismes es troben a l’escorça prefrontal i que interactuen durant exercicis de memòria de treball. Son mecanismes estretament vinculats, tant pel contingut de la memòria emmagatzemada com per la localització als circuits cerebrals, i per tant l’estudi qüestiona la visió de que es tracta de mecanismes alternatius i independents, que apareixen un o l’altre en funció del tipus de memòria que es requereix i que no es destorben.

Hem construït una hipòtesi amb les dades d’experiments de fa més de 20 anys i hem provat, mitjançant un experiment causal en persones sanes, que la hipòtesi es compleix. Els dos mecanismes, l’activitat neuronal i la traça sinàptica, coexisteixen i són interdependents i complementaris per dur a terme la memòria de treball”, conclou Albert Compte.

Refència de l’estudi:

Interplay between persistent activity and activity-silent dynamics in the prefrontal cortex underlies serial biases in working memory

Joao Barbosa, Heike Stein, Rebecca L. Martinez, Adrià Galan-Gadea, Sihai Li, Josep Dalmau, Kirsten C. S. Adam, Josep Valls-Solé, Christos Constantinidis, Albert Compte.

Nature Neurosciences. DOI: 10.1038/s41593-020-0644-4