Formación de la memoria a escala neuronal
Se cree que durante el aprendizaje la plasticidad sináptica tiene lugar cuando las células presinápticas estimulan las neuronas postsinápticas de forma repetida y persistente. Este proceso permite la formación de memoria y aprendizaje mediante la generación de nuevos contactos sinápticos (p.ej. espinas dendríticas en una neurona postsináptica) o el refuerzo de contactos ya existentes. Sin embargo, aún no se ha logrado relacionar de forma específica el efecto de la memoria de un comportamiento o tarea sensorial con la formación de espinas nuevas. El equipo del proyecto «Visualizing the structural synaptic memory trace: Presynaptic partners of newly formed spines» (HEBBIANNEWSPINES), financiado con fondos europeos, trata de identificar desde el punto de vista funcional los elementos presinápticos que hacen sinapsis con espinas nuevas a fin de determinar los sustratos neuronales de la formación de memoria. Para los estudios in vitro e in vivo, se emplearon técnicas de imagen a dos fotones y de estimulación optogenética. Se crearon indicadores iones calcio (Ca2+) codificados genéticamente con marcadores de dos colores a fin de estudiar la estructura y la función de las neuronas durante la activación individual de la sinapsis. Los indicadores de Ca2+ se emplearon para determinar la entrada de Ca2+ en las espinas dendríticas y los botones presinápticos durante la actividad sináptica. Para los estudios in vitro se desarrolló un paradigma sólido de potenciación sináptica a largo plazo (LTP) todo-óptico mediante el uso de la proteína canalrodopsina-2 (ChR2) que permitió la activación selectiva de los botones presinápticos. La LTP es el aumento duradero de la transmisión de señales entre dos neuronas causado por una estimulación repetida. Los resultados del estudio revelaron la formación de nuevas espinas permanentes tras la aplicación de LTP todo-óptico durante un periodo de cinco horas. En fases anteriores del estudio se demostró la formación y estabilización de nuevas espinas durante la privación monocular (PM). La PM consiste en mantener un ojo cerrado durante la presentación de un estímulo visual. Se logró generar una técnica combinatoria viral para una ligera transfección vírica de subgrupos de neuronas seleccionadas. Actualmente es posible visualizar las propiedades de espinas individuales y amplias poblaciones celulares. Mediante el paradigma PM, se puede diferenciar entre la representación de la señal para el ojo abierto y el cerrado así como relacionar la estructura con la función a escala sináptica. Las herramientas diseñadas en este proyecto permitirán determinar si la formación de la memoria a largo plazo tiene lugar a través de la formación de espinas. El conocimiento de los mecanismos implicados en el aprendizaje y la memoria puede contribuir a mejorar la rehabilitación de personas con daños en estos procesos.
Palabras clave
Neurona, memoria, formación de la memoria, aprendizaje, plasticidad sináptica, presináptico, postsináptico, espina dendrítica, formación de espinas, sustratos neuronales, imagen a dos fotones, optogenética, Ca2+, botones presinápticos, potenciación sinápt
