Clínic Barcelona
Investigación

Descifran los mecanismos implicados en la memoria de trabajo

Investigadores del IDIBAPS publican hoy un estudio en la revista Nature Neuroscience en el que describen los mecanismos de acción de las neuronas en lo que se conoce como memoria de trabajo. Esta memoria es la que nos permite almacenar de forma temporal la información para poder realizar una tarea concreta, tiene importantes implicaciones en la función cognitiva de las personas y se encuentra alterada en diversos trastornos mentales.

De izquierda a derecha: Joao Barbosa, Heike Stein y Albert Compte.

El estudio lo ha coordinado Albert Compte, jefe del grupo Neurobiología teórica de los circuitos corticales del IDIBAPS. Los primeros firmantes del estudio son Joao Barbosa y Heike Stein.

Hasta ahora se había considerado que los impulsos neuronales continuados en el tiempo constituían el mecanismo encargado de la memoria de trabajo. "Cuando hay algo importante a retener, las neuronas empiezan a disparar impulsos eléctricos y mantienen la actividad durante todo el tiempo que dura la memoria. Las neuronas se organizan y dividen el trabajo y se activan en función de lo que se debe recordar. A esto se le llama actividad neuronal sostenida o persistente ", señala Joao Barbosa.

Esta memoria es la que permite recordar aquellas cosas que suceden en un corto plazo de tiempo y que ayudan a tener el contexto, por ejemplo, de una conversación. "Es como una pizarra que te permite tener una visión global para coger las ideas. Es una función cognitiva importante que está vinculada con la inteligencia, con el rendimiento cognitivo y que se encuentra alterada en enfermedades como la esquizofrenia y otros trastornos mentales", explica Albert Compte.

Recientemente, estudios de electroencefalografía y de resonancia magnética funcional han evidenciado la dificultad de medir una gran activación durante los periodos de memoria. Esto ha cuestionado la idea de la actividad neuronal sostenida como base de la memoria de trabajo, y se ha propuesto un mecanismo alternativo: no hay activación persistente, sino una modificación temporal de las conexiones entre neuronas, lo que se conoce como traza sináptica.

El estudio publicado en Nature Neuroscience se diseñó para encontrar cuál es el mecanismo principal implicado en la memoria de trabajo: la actividad neuronal sostenida o las modificaciones sinápticas.

Los investigadores del IDIBAPS estudiaron cómo interactúan los mecanismos, si se dan el uno o el otro o si coexisten. Para ello, reanalizaron datos de experimentos cognitivos realizados en modelos animales por colaboradores en la Universidad de Wake Forest (EE.UU.) y llevaron a cabo experimentos de electroencefalografía y de estimulación magnética transcraneal con personas sanas en el Hospital Clínic.

El análisis de los datos de los experimentos sobre tareas de memoria en modelos animales demostró que la actividad neuronal sostenida que caracteriza los períodos de memoria de trabajo desaparecía en los breves intervalos de descanso entre períodos de memoria consecutivos. "En cambio, en estos intervalos de descanso hemos encontrado que hay traza sináptica. Este mecanismo permite ir de una memoria a otra y ejerce una atracción entre memorias consecutivas que podemos medir en las respuestas de los participantes, lo que llamamos sesgos seriales", afirma Heike Stein.

Los investigadores repitieron estos experimentos en participantes humanos sanos usando electroencefalograma y encontraron resultados muy paralelos. Para confirmar un modelo computacional que integraba los datos de los experimentos electrofisiológicos, se llevó a cabo un experimento causal mediante estimulación magnética transcraneal. El experimento consiste en provocar una perturbación local de la actividad eléctrica en una zona del cerebro y ver si esto afecta a la conducta. Vieron que la perturbación aplicada a la corteza prefrontal en el intervalo de descanso sesgar las respuestas de la tarea de memoria posterior justamente tal como el modelo predecía.

Los resultados del análisis en modelos animales y los estudios en humanos demuestran que los dos mecanismos se encuentran en la corteza prefrontal y que interactúan durante ejercicios de memoria de trabajo. Son mecanismos estrechamente vinculados, tanto por el contenido de la memoria almacenada como por la localización en los circuitos cerebrales, y por lo tanto el estudio cuestiona la visión de que son mecanismos alternativos e independientes, que aparecen uno u otro en función del tipo de memoria que se requiere y que no se estorban.

"Hemos construido una hipótesis con los datos de experimentos de hace más de 20 años y hemos probado, mediante un experimento causal en personas sanas, que la hipótesis se cumple. Los dos mecanismos, la actividad neuronal y la traza sináptica, coexisten y son interdependientes y complementarios para llevar a cabo la memoria de trabajo", concluye Albert Compte.

Refencia del estudio:

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