El hallazgo que cambia la forma de entender cómo las neuronas almacenan recuerdos

Durante más de un siglo, los científicos dieron por sentado que las dendritas —las prolongaciones ramificadas que se extienden desde las neuronas, cuyo nombre proviene del griego dendron, que significa árbol— cumplían una función pasiva: recolectar señales eléctricas y conducirlas hacia el cuerpo celular, donde ocurría el verdadero procesamiento de la información. Esa visión, aceptada como dogma en la neurociencia moderna, acaba de ser cuestionada por un nuevo estudio.

Un nuevo estudio liderado por investigadores del Centro Médico UT Southwestern reveló que las dendritas no se limitan a transmitir impulsos eléctricos: realizan cálculos propios e independientes del cuerpo de la neurona, lo que sugiere que cada célula cerebral funciona como un sistema con divisiones internas de trabajo. Los hallazgos cuestionan los modelos actuales sobre cómo se produce el aprendizaje y la memoria.

Los resultados fueron publicados en la revista Science y apuntan a que las dendritas participan activamente en la consolidación de recuerdos, la respuesta al entorno presente y la anticipación de patrones futuros de actividad neuronal.

Las neuronas como procesadores, no como interruptores

Hasta ahora, los modelos predominantes concebían a las neuronas como unidades de procesamiento simples: recibían información, la evaluaban en el cuerpo celular y la enviaban hacia otras células a través de los axones —los filamentos que conducen impulsos eléctricos hacia otras neuronas—.

El aprendizaje y la memoria, según esa concepción clásica, ocurrían gracias al fortalecimiento de las sinapsis, que son los puntos de contacto entre neuronas ubicados casi exclusivamente en las dendritas y que permiten que las señales eléctricas fluyan con mayor libertad entre células.

Attila Losonczy, médico y doctor en ciencias, profesor del Instituto de Neurociencia Peter O’Donnell Jr. y director del Programa en Longevidad de la Memoria (PML) de UT Southwestern, lideró el estudio junto con los coautores principales Asako Noguchi, investigadora posdoctoral del PML, y Satoshi Terada, exinvestigador posdoctoral del mismo grupo.

“Esto desplaza toda nuestra perspectiva. En lugar de actuar como simples interruptores, las neuronas se comportan más como procesadores sofisticados con divisiones internas de trabajo, lo que aumenta de manera drástica la capacidad computacional del cerebro”, afirmó Losonczy según el comunicado institucional de UT Southwestern.

Si las dendritas funcionan efectivamente como minicomputadoras individuales —capaces de procesar información de forma autónoma e influir sobre la actividad del cuerpo celular—, la capacidad total del cerebro para almacenar y procesar información sería considerablemente mayor de lo que los modelos clásicos admitían.

El experimento: ratones, realidad virtual y memoria espacial

Para poner a prueba esa hipótesis, el equipo empleó tecnología de visualización óptica nueva que permite observar impulsos eléctricos en estructuras biológicas con una resolución inferior a un micrómetro —unas 70 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano—. Esa precisión posibilitó registrar la actividad en las dendritas de ratones vivos mientras realizaban tareas de aprendizaje y memoria.

Los investigadores enfocaron su atención en las células de lugar —neuronas del hipocampo, la región cerebral vinculada a la memoria espacial y la navegación—, y siguieron su actividad eléctrica mientras los ratones exploraban entornos de realidad virtual (RV) en busca de gotas de agua como recompensa.

Cuando los ratones se encontraban en entornos previamente conocidos, la coincidencia entre la actividad eléctrica de las dendritas y la del cuerpo celular era evidente. Si únicamente se cambiaba la ubicación de la recompensa en esa misma área ya explorada, el cuerpo celular adaptaba su funcionamiento de forma inmediata.

Por el contrario, había dendritas que conservaban los esquemas previos, como si siguieran recordando la posición original del premio. El escenario se invertía en presencia de un ambiente novedoso: hubo dendritas que alteraron su actividad antes del cuerpo celular, lo que permitió prever el patrón que este terminaría adquiriendo con las siguientes exploraciones.

Según el estudio, ese contraste mostró resultados distintos: modificar solo la ubicación de la recompensa dejó a las dendritas rezagadas respecto del cuerpo celular, mientras que cambiar el entorno completo hizo que las dendritas lo precedieran. Esa divergencia sugiere que ambos tipos de cambio activan el procesamiento dendrítico de maneras fundamentalmente distintas.

El replay: una pista sobre el rol en la consolidación de recuerdos

Un hallazgo surgió durante los períodos de descanso de los animales. Después de cada tarea de navegación, las dendritas repitieron los mismos patrones de actividad eléctrica registrados durante el recorrido.

Ese fenómeno, conocido como replay o reproducción de actividad, ya había sido observado en los cuerpos celulares y se lo vincula con la consolidación de recuerdos —el proceso por el cual los recuerdos se estabilizan y almacenan de forma duradera—.

“Estos resultados sugieren que las dendritas son participantes activas en el aprendizaje y la memoria, no estructuras pasivas”, indicaron los investigadores. La observación del replay dendrítico refuerza la idea de que estas estructuras no se limitan a recibir información, sino que toman parte en el proceso mediante el cual el cerebro consolida lo que ha aprendido.

El equipo del PML prevé continuar el estudio de las dendritas para comprender mejor cómo se comunican con el cuerpo celular y si su actividad eléctrica puede verse alterada en trastornos del neurodesarrollo y neuropsiquiátricos.

En el corto plazo, según señaló la universidad en su comunicado, los investigadores también trabajan en modelos computacionales que conecten la dinámica dendrítica con la capacidad de aprendizaje y memoria a nivel de circuito neuronal.