Por qué el cerebro de una mosca puede explicar cómo funciona la memoria de corto plazo

Un estudio realizado en moscas de la fruta reveló cómo el cerebro almacena recuerdos de corto plazo, un mecanismo que podría explicar el funcionamiento de la memoria de trabajo en seres humanos.

El laboratorio de Katherine Nagel, profesora asociada del Departamento de Neurociencia de la Escuela de Medicina Grossman de NYU, encabezó la investigación publicada en la revista Nature y difundida en Earth.com. El trabajo identificó un circuito neuronal que funciona como una puerta y decide cuándo y cómo se registra un recuerdo.

El hallazgo surge de observar cómo los insectos recuerdan una dirección durante varios segundos después de detectar un olor. Para lograrlo, los científicos grabaron la actividad cerebral de moscas hembras mientras estas caminaban sobre una pelota flotante en respuesta a una corriente de aire con aroma a vinagre de sidra de manzana. El experimento permitió mapear con precisión el mecanismo neuronal responsable de fijar esa orientación.

El experimento que hizo hablar a las moscas

Cada ejemplar fue inmovilizado sobre una esfera que flotaba en un colchón de aire, de manera que sus pasos hacían girar la pelota mientras el animal permanecía quieto. Un tubo dirigía viento hacia el insecto y se movía a medida que la mosca giraba, simulando que el viento siempre llegaba desde la misma dirección fija.

A mitad de cada prueba, el tubo liberó un soplo de vinagre de sidra de manzana. Las moscas giraron y caminaron contra el viento en dirección al olor. Incluso después de que el aroma desapareciera, mantuvieron ese rumbo durante varios segundos; eso es exactamente la memoria de corto plazo que el equipo buscaba explicar.

Durante el experimento, un microscopio captaba la actividad de neuronas en una región cerebral llamada “cuerpo en forma de abanico”, que cumple funciones de navegación, es decir, ayuda al animal a orientarse en el espacio. Dentro de esa zona, dos tipos de células, denominadas hΔK y PFG, están unidas entre sí formando un circuito circular.

Cuando llegó el olor, ambas se activaron en un mismo punto del anillo, formando una señal localizada que los investigadores denominan “burbuja” que indica una dirección, esta se mantuvo activa mientras el insecto sostuvo su rumbo.

La “puerta” que controla cuándo se graba un recuerdo

La clave del descubrimiento está en la diferencia entre las dos mitades del circuito. Las células PFG siguen continuamente la brújula interna del animal: su burbuja se desplaza a medida que el insecto gira. Las células hΔK, en cambio, suelen estar inhibidas (frenadas) y solo muestran una burbuja cuando el individuo avanza en línea recta. Una vez que esa burbuja aparece, se queda fija.

“Nuestro estudio muestra cómo un circuito neuronal forma una memoria a corto plazo en respuesta a que una mosca perciba un olor, lo que le permite recordar una dirección y desplazarse hacia un olor que desea recordar”, afirmó la experta.

Los investigadores denominan a esta estructura una “red atractora dividida”: las células PFG almacenan la información de qué dirección recordar, mientras que las hΔK controlan cuándo esa información se fija. Un grupo de nueve células inhibitorias a cada lado del cerebro, llamadas FB5V, es el que regula el mecanismo: su actividad cae durante la presencia del olor y se mantiene baja mientras el ejemplar sigue su rumbo, pero sube cuando el insecto se desvía.

Una idea de décadas que finalmente encuentra respaldo experimental

Este mecanismo no es nuevo en la teoría. El diseño del circuito de las moscas es similar al de un modelo matemático desarrollado en el año 2000 para explicar cómo el cerebro de un mono mantiene en mente una ubicación. La diferencia es que, hasta ahora, nadie había podido observarlo en acción en un contexto biológico concreto.

“Los científicos han asumido durante mucho tiempo que una estructura como esta impulsa la memoria de trabajo, pero nuestros experimentos confirman que esta estructura existe y muestran cómo funciona en un contexto específico”, señaló Nagel.

La memoria de trabajo —también llamada memoria operativa— es la capacidad del cerebro de retener información durante un período breve para usarla de inmediato. Es lo que ocurre, por ejemplo, cuando se lee un código de seguridad y se lo recuerda justo el tiempo necesario para escribirlo.

Excitación lenta, el ingrediente que estabiliza el recuerdo

El equipo también analizó qué tipo de señal neuronal hace que el circuito sea más estable. Para ello, estimularon directamente las células hΔK y registraron sus respuestas. Cuando el impulso provenía de las propias células de la red, esa activación se propagaba de forma lenta y se prolongaba en el tiempo. Al cortar esa comunicación interna, la señal dejaba de persistir.

Los modelos computacionales mostraron que una activación rápida hace el sistema frágil: funciona solo bajo condiciones muy precisas y cualquier variación lo desestabiliza. Una activación lenta, en cambio, le da tolerancia: el circuito funciona bien bajo una gran variedad de condiciones y la señal se apaga de forma gradual. Eso hace que el recuerdo sea más estable y más fácil de ajustar.

Las moscas como modelo para entender el cerebro humano

La mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) es uno de los organismos más utilizados en investigación biomédica por la simplicidad relativa de su sistema nervioso y la facilidad con la que puede manipularse experimentalmente.

“La mosca tiene un historial asombroso a la hora de revelar cómo funciona la biología humana de una manera clara y sencilla”, afirmó Nagel. “Espero que nos permita comprender mejor procesos como la memoria de trabajo, para los que aún no hemos tenido las herramientas necesarias para estudiarlos en profundidad”, añadió.

El equipo tiene previsto continuar la investigación para comprender cómo el circuito se regula a lo largo de distintos períodos de tiempo, y qué tipo de información rastrean otros tipos de neuronas aún no estudiados.