Un gas ayuda a mantener las conexiones neuronales de los pulpos y desafía lo que se sabía sobre la memoria

Un estudio reveló que el cerebro de los pulpos utiliza un mecanismo biológico radicalmente distinto al de los mamíferos para consolidar la memoria y el aprendizaje, sin necesidad de producir nuevas proteínas.

La investigación, publicada en The Journal of Neuroscience y divulgada por Earth.com, fue desarrollada por el laboratorio de Binyamin Hochner, de la Universidad Hebrea de Jerusalén, en colaboración con el equipo de Tal Shomrat, del Centro Académico Ruppin, en Israel. Ana Luiza Turchetti-Maia, primera autora del estudio, realizó experimentos con tejido cerebral de pulpos comunes para analizar cómo se mantienen fortalecidas las conexiones entre neuronas después de recibir estímulos.

Los pulpos tienen el sistema nervioso más complejo entre los invertebrados

Estos cefalópodos poseen alrededor de 500 millones de células nerviosas, lo que los convierte en los animales sin columna vertebral con el sistema nervioso más grande. Una región específica de su cerebro, llamada el lóbulo vertical, cumple una función similar a la del hipocampo humano: facilita el aprendizaje a través de la vista y la formación de memorias a largo plazo.

En 2008, el equipo de Hochner ya había comprobado que al saturar las conexiones de ese lóbulo, los pulpos perdían capacidad de formar nuevos recuerdos duraderos. Un mapeo, publicado en eLife y realizado en 2023, identificó aproximadamente 25 millones de células nerviosas en esa zona, la mayoría de ellas recibiendo señales de una sola fibra nerviosa.

Estudios previos de los años 90 también habían señalado al óxido nítrico como un actor clave: su bloqueo interrumpía el aprendizaje táctil y visual. Más tarde, pruebas de tejido del mismo equipo confirmaron que la enzima que produce ese gas era especialmente activa en el lóbulo vertical.

El óxido nítrico actúa como un interruptor que mantiene activas las conexiones

Para la nueva investigación, los científicos estimularon las fibras nerviosas con cuatro ráfagas rápidas de 20 pulsos cada una y midieron las respuestas cada 30 segundos. Luego utilizaron fármacos para inhibir el óxido nítrico sintasa, la enzima que produce el gas. Contra lo esperado, las conexiones se fortalecieron incluso cuando los bloqueadores ya estaban presentes.

Un sensor de fibra de carbono insertado en el tejido detectó un aumento de óxido nítrico tras la estimulación. Una medición aproximada sugirió niveles unas 1.000 veces superiores a los necesarios para activar su vía de señalización más conocida. Ante esas concentraciones, los investigadores sospechan que el gas se une directamente a proteínas y altera su funcionamiento.

Cuando los fármacos se aplicaron después de que las uniones ya se habían fortalecido, el efecto fue notorio: uno redujo la respuesta fortalecida en un promedio del 63% y otro en un 82%. Al retirar los bloqueadores, la fuerza de los enlaces se recuperó. Esto indicó que las conexiones necesitan un suministro continuo de óxido nítrico para sostener su mayor actividad.

El gas no es suficiente por sí solo: requiere un circuito de retroalimentación

El óxido nítrico administrado de forma aislada no produjo un fortalecimiento duradero de las conexiones neuronales. Una dosis breve de una sustancia que libera este gas mantuvo el efecto durante apenas unos minutos, mientras que una exposición prolongada llegó a dañar las fibras nerviosas.

A partir de esos resultados, los investigadores propusieron un circuito de retroalimentación en el que la actividad neuronal estimula la producción de óxido nítrico y este mantiene activa la enzima responsable de generarlo. El mecanismo permitiría sostener la respuesta sin depender exclusivamente de una liberación inicial del compuesto.

Al bloquear la producción de proteínas con un fármaco llamado anisomicina durante dos horas y media (la mitad antes de la estimulación), las conexiones se mantuvieron fortalecidas durante al menos 10 horas. Para verificar que el fármaco funcionó, los investigadores usaron un marcador fluorescente: el tejido sin tratar brilló intensamente, mientras que el tejido tratado mostró casi ninguna luminosidad.

Los resultados muestran dos patrones de respuesta distintos dentro del lóbulo

Al revisar 11 experimentos con inhibidores del óxido nítrico, los investigadores identificaron dos patrones de respuesta. En el primero, observado en cinco pruebas, el fármaco eliminó casi por completo el fortalecimiento de las conexiones neuronales, con una reducción promedio del 97%.

Sin embargo, después de retirar el bloqueador y aplicar una nueva estimulación, las uniones respondieron con una fuerza 2,6 veces mayor que la habitual, lo que indicó que podían recuperar su capacidad de potenciarse.

En el segundo grupo, formado por los seis experimentos restantes, el fármaco fue más lento y menos drástico: redujo el fortalecimiento en un 72%, pero no lo eliminó del todo. Cuando se intentó una nueva estimulación, los enlaces apenas respondieron. A diferencia del primer grupo, el sistema no se borró sino que quedó frenado, sin capacidad de volver a potenciarse.

Los investigadores creen que esta diferencia se explica por el estado inicial de cada conexión: las que reaccionaron más rápido eran más débiles de base y tenían activo un interruptor molecular que el bloqueador logró apagar por completo. La zona del lóbulo también influyó, las respuestas rápidas se concentraron en la sección central del lóbulo vertical; mientras que las lentas en las dos secciones más externas, y una mezcla de ambas en las regiones intermedias.

El hallazgo abre preguntas sobre la evolución de la memoria en distintas especies

Los autores advierten que los experimentos se realizaron sobre tejido en una caja de Petri, no sobre pulpos realizando tareas de aprendizaje, y que la mayoría de las comparaciones involucró solo cinco o seis cortes de cerebro por grupo. Tampoco consideran que este interruptor por sí solo explique la formación de memorias duraderas.

Las investigaciones anteriores mostraron que extirpar el lóbulo vertical después del entrenamiento no impedía que los ejemplares recordaran lo aprendido, lo que sugiere que esa zona podría ser clave durante el aprendizaje inicial, antes de que los recuerdos se consoliden en otra región donde sí participarían nuevas proteínas.

El equipo trabaja ahora en identificar los cambios moleculares específicos involucrados, con el objetivo de comprender cómo se desarrolló este sistema y qué papel desempeña en el aprendizaje.