Cómo funciona el circuito cerebral que reconoce qué es relevante y familiar, según un estudio

Un estudio dirigido por investigadores de la Facultad de Medicina Grossman de la Universidad de Nueva York identificó que una parte de un circuito cerebral “mezcla” información sensorial, recuerdos y emociones.

Esta región, según plantearon, es crucial para determinar si algo es familiar o nuevo, y si tiene relevancia o simplemente es “ruido de fondo”. El hallazgo se refiere a una vía de retroalimentación directa en el circuito entre la corteza entorinal (EC) y el hipocampo (HC), que había sido desconocida hasta el momento.

Los resultados del estudio fueron publicados en Nature Neuroscience. El circuito, que de acuerdo a los expertos ya era conocido por transportar mensajes entre el EC, responsable de procesar la información sensorial, y el HC, centro de procesamiento de la memoria, se extiende ahora más allá de la conexión establecida previamente.

Esta conexión permite, por ejemplo, que el hipocampo envíe señales directamente a las capas superficiales del EC, lo que facilita la incorporación de recuerdos y emociones a los objetos o lugares percibidos en ese momento.

“El nuestro es el primer análisis anatómico y funcional tanto del nuevo circuito de retroalimentación directa hipocampo-cortical como del circuito indirecto, descubierto hace décadas”, afirmó Jayeeta Basu, autora principal del estudio y profesora adjunta en los Departamentos de Psiquiatría y Neurociencia de la Facultad de Medicina Grossman de la Universidad de Nueva York.

“Las diferencias que encontramos en su cableado, sincronización y ubicación sugieren que los bucles tienen funciones separadas pero paralelas que les permiten trabajar juntos para codificar información aún más compleja”, destacó Basu, miembro de la facultad del Instituto de Neurociencia Traslacional de NYU Langone Health.

Este hallazgo podría aportar claves sobre cómo el cerebro equilibra la información sensorial con la memoria y la emoción, abriendo nuevas líneas de investigación en neurociencia.

Las implicancias del hallazgo

En un comunicado divulgado en el sitio de NYU Langone Health, profundizaron que una mejor comprensión de la interacción entre las dos regiones del cerebro “puede producir nuevas soluciones a los problemas dentro de los circuitos relacionados, dicen los investigadores, como los que se observan cuando los pacientes con trastorno de estrés postraumático luchan por diferenciar el trauma pasado de los ruidos fuertes actuales, o en la sobrecarga sensorial que experimentan algunos niños con autismo cuando intentan diferenciar objetos o interactuar con personas”.

Hasta ahora, se sabía que “el hipocampo (HC) recibe información sensorial sobre el mundo exterior desde las capas superficiales 2 y 3 de la corteza entorinal (CE), pero envía señales de regreso a la CE solo mediante el cableado indirecto primero en una capa profunda de la CE (capa 5), que luego la envía a las capas superficiales 2 y 3 de la CE”. Sin embargo, este camino indirecto puede generar desfases en la retroalimentación.

Utilizando nuevas técnicas, el equipo de investigación halló “un segundo circuito que conecta directamente el hipocampo con las capas 2 y 3 del cerebro, lo que permite que los recuerdos y las emociones almacenadas en el hipocampo agreguen rápidamente peso a las imágenes y sonidos percibidos como parte del aprendizaje”. Además, señalaron que “una paradoja ha sido que no se conoce una vía directa que conecte el centro de memoria del hipocampo con el centro emocional del cerebro, la amígdala. Las conexiones recién descubiertas con el cerebro pueden servir como una encrucijada”.

El estudio también analizó cómo las células cerebrales transmiten señales. Según el informe, “otros resultados del estudio trazan conexiones entre las células cerebrales en función de su capacidad para bombear partículas cargadas a través de canales, creando desequilibrios de carga (potenciales) a lo largo de sus membranas”. Al recibir la señal correcta, “las células abren sus canales, lo que permite que las partículas salgan rápidamente (se despolaricen) bajo la fuerza electroquímica, y los flujos de carga actúan como interruptores”.

Los investigadores explicaron que “las células cerebrales que forman parte de las vías de señalización se ‘activan’ a medida que su potencial de membrana cambia, lo que hace que las extensiones de cada célula nerviosa (axones) se despolaricen hasta que el pulso eléctrico alcanza una sinapsis, un espacio entre una célula y la siguiente”. Cuando la señal llega a ese espacio, “el pulso eléctrico se convierte en una señal química que aumenta (excita) o disminuye (inhibe) la intensidad del mensaje que se transmite a la siguiente célula, y su combinación esculpe las señales que subyacen a los pensamientos y los recuerdos”.

Por primera vez, los investigadores midieron estas propiedades en ambos circuitos. Descubrieron que “el circuito indirecto, conocido anteriormente, era excitatorio y que a menudo desencadenaba señales de todo o nada llamadas potenciales de acción, grandes despolarizaciones que codifican información en función de su frecuencia”.

En contraste, según el informe de NYU Langone Health, “el nuevo circuito de retroalimentación directa, en respuesta al mismo rango de intensidad de señal entrante, generaba una fuerte inhibición en las células cerebrales (neuronas) en las capas 2 y 3 del EC, sin generar nunca potenciales de acción”. Explicaron que esta nueva actividad del circuito “envía pequeños potenciales despolarizantes desde el HC a las capas 2 y 3 del EC”.

“Estas señales delicadas y repetidas pueden combinarse con mensajes de otras regiones cerebrales para hacer posibles cálculos más complejos, un aprendizaje acelerado y una mayor plasticidad, el fortalecimiento de las conexiones entre neuronas”, repasaron.

El equipo de investigación planea, en el futuro, explorar cómo la información del hipocampo relacionada con emociones y recuerdos afecta las funciones de toma de decisiones en la corteza prefrontal y la codificación emocional del miedo en la amígdala. Además, podrían analizar cómo el nuevo circuito directo se ve influido por el envejecimiento y la enfermedad de Alzheimer en ratones, y qué paralelismos existen en los seres humanos.