El Cedazo

En el conocimiento del funcionamiento fisiológico y conductual del cerebro se revelan como absolutamente condicionantes los procedimientos neuronales que fijan la memoria. La memoria nos hace humanos. Hace que el Yo unitario y definido en cada tiempo-espacio se proyecte precisamente en el tiempo y el espacio generando una autobiografía interna de la propia historia del poseedor de ese Yo. Autobiografía en donde apoyamos nuestra consciencia, de donde surgen nuestras habilidades de raciocinio.

Si has seguido la serie publicada en este blog de El Cedazo, que titulamos como “El Conectoma cerebral”,^[1] supongo que por tu cabeza rondará la idea de que somos y actuamos no porque las neuronas tengan habilidades mágicas en sí mismas, sino porque sus redes sociales, el conectoma, es como es: definido por la genética y modulado por la experiencia.

Como no podía ser de otra manera, al ser la memoria una habilidad neuronal está soportada en el conectoma, en particular a su nivel más “micro” de las sinapsis entre neuronas. Supongo que ya sabéis que las sinapsis son las vías de “chateo” entre las neuronas mediante la actuación de mediadores químicos que modulan sus reacciones. Determinados patrones en esas conversaciones conllevan un reforzamiento de las alianzas entre ellas. Es la famosa frase hebbiana acerca de que “dos células o sistemas de células que están continuamente activas al mismo tiempo tenderán a convertirse en “socias”, de manera que la actividad de una facilitará la de la otra”.^[2] La mayoría de los neurocientíficos de hoy en día creen que en las alteraciones de las sinapsis, en esas asociaciones para el refuerzo mutuo, está la base del aprendizaje y que la memoria es la estabilización en el tiempo de esos cambios.

En esta serie me propongo hablar de la biología y el relato neurológico que permite la propia existencia de la memoria.

La memoria se almacena como patrones físicos de funcionamiento entre neuronas interconectadas (mapas neuronales) que se han visto reforzados por la actividad conjunta repetida en el tiempo (Modificado de un dibujo de Ramón y Cajal, imagen de la red, dominio público)

De la memoria se ha hablado mucho. Y, como ha sucedido con otras muchas cosas, también ha sucumbido a la necesidad humana de clasificar y poner etiquetas. Bien es verdad que, en el tema que nos ocupa, es absolutamente necesario, ya que la memoria no es única, es polifacética y cada una de sus caras es gestionada de distinta manera por los procesos cerebrales. Por ello podemos entender que se revela útil el segmentarla. Siguiendo el aroma de sus distintos matices podemos pensar en la memoria de trabajo, aquella en la que nos apoyamos para el simple acto de vivencia automática o reflexión inmediata (nos dicen el número de un teléfono, lo recordamos, lo marcamos en el móvil y… se fue); también en la memoria espacial o la memoria temporal que no hace falta definir; en la memoria semántica y conceptual que nos asegura una completa enciclopedia de lo que nos vamos a encontrar a lo largo de nuestra existencia; en la memoria automática que usa el cerebro para llevar a cabo los procesos que no requieran consciencia, conocida como memoria implícita; o la memoria explicita, que es todo lo contrario, requiere de la consciencia para que queden de manifiesto su dos caras, la que nos permite hablar, o pensar, acerca de las categorías y conceptos de lo que nos rodea y aquella que nos permite hablar, o pensar, acerca de lo que ha pasado en nuestras vidas y así poder proyectarla hacia el futuro. Pero no vamos a hablar de ellas, ya que en lo más elemental de su existencia se revelan dos vías: memoria de corto plazo y memoria de largo plazo. La primera sirve para lo que sirve, pero es la base de la segunda: el corto puede transformarse en largo. Y de hecho así es.

Como hemos dicho, el funcionamiento cerebral y los comportamientos que nos induce son reflejo de su particular arquitectura. Hablando de forma muy elemental, la memoria consiste en la existencia física de mapas neuronales, entendiendo “mapas” como especiales asambleas neuronales que se comunican preferentemente entre ellas, que reflejan algún aspecto concreto relacionado con la supervivencia o la conciencia y al que se puede acudir en cualquier momento. Un mapa puede ser el “procedimiento de ir en bicicleta”, o “este sonido es Yellow submarine”, o “manual de premisas para que lo que se experimenta sea miedo”. Estos “esquemas” arquitectónicos, los mapas, están armados por las conexiones entre las neuronas participantes. Desde luego, para ser memoria tienen que ser duraderos… lo más posible. Lo que viene condicionado por la fortaleza de las sinapsis, que a su vez es resultado de su “uso”: sinapsis inactiva desaparece, sinapsis activa se refuerza. Un episodio de la función teatral exterior o interior activará una de esas redes de chateo, que va a resultar como una analogía de lo que se experimenta. Por el hecho de que ha trabajado, esta red queda ya marcada por un breve plazo y podrá ser usada para otros procesos cerebrales durante ese plazo. Si la escena es altamente emotiva quedará más marcada aún. Si la escena es repetitiva… también. Eso es la base de la memoria. Eric Kandel, famoso neurólogo austriaco-americano, recibió en 2000 un premio Nobel por sus estudios acerca de la memoria. Tarea que desarrolló estudiando el sencillo sistema nervioso de un molusco, la babosa de mar Aplysia, en el que se encuentran neuronas de buen tamaño, de hasta un milímetro de grosor y con un axón fácilmente identificable. En un apasionante libro en el que mezcla su vida con sus investigaciones, “En busca de la memoria”,^[3] explica su aventura totalmente detectivesca en busca de la explicación de las vías fisiológicas de la memoria. No voy a desarrollar aquí su camino de descubrimientos. Me voy a centrar en los resultados.

La maleabilidad de las sinapsis son parte de la plasticidad cerebral. Pero ¿cómo puede ser que un hecho externo a neuronas que se comunican afecte a las características de esta comunicación?

Eric Kandel, premio Nobel de Medicina 2000 por sus descubrimientos sobre la transducción de señal en el sistema nervioso… y añadiremos de nuestro tintero… por sus descubrimientos sobre los procesos de la memoria (Wikimedia, CC BY-SA 4.0)

El método utilizado por Kandel en su investigación para dilucidar el problema aprovechaba los procesos conocidos como habituación, sensibilización y reflejo condicionado, durante los que las características de los inputs condicionan las respuestas y su permanencia temporal. La habituación consiste en que un influjo repetido en el tiempo llega a no ser tenido en cuenta, es decir, una “desmemorización”. La sensibilización es lo contrario, cómo un tipo de respuesta es condicionado, reforzándolo, por otro estímulo independiente. El reflejo condicionado es casi como el anterior con la diferencia de que los dos estímulos, que en principio son independientes, se les hace coincidir en el tiempo con el resultado de que a la larga uno de ellos -el débil- provoca la respuesta que normalmente suscita el otro -el fuerte-. Estudiando la incidencia de diversos estímulos -neurona sensitiva- sobre los comportamientos suscitados -neurona motora-, y qué era lo que pasaba entremedias, llegó a descubrir cuáles eran las bases bioquímicas de la memoria.

Quizás el razonamiento de base de Eric Kandel se asemejaba bastante al siguiente esquema: imaginemos a una neurona sensitiva principal efectuando una sinapsis con una neurona motora principal. La neurona sensitiva no sólo recibe estímulos directos según su función (si es táctil cuando hay tacto, si es visual cuando se ve algo…), sino también los recibe de otro sistema sensitivo funcionalmente no relacionado -neurona sensitiva secundaria- aunque sinápticamente conectado. La conversación en las sinapsis se lleva a cabo mediante neurotransmisores secretados por la neurona presináptica que serán recibidos por los receptores de la postsináptica. En el camino se van a encontrar con neuromoduladores que matizan el chateo. Vamos a imaginar también en nuestro modelo, aunque realmente es lo que sucede en buena parte de los casos reales, que el sistema sensorial independiente vierte un neuromodulador, la serotonina, sobre la neurona sensitiva principal, en un momento en el que esta última está interviniendo en su sinapsis con la motora secretando el neurotransmisor glutamato (el más habitual en la vida real).

MEMORIA A CORTO PLAZO

Tras esa inyección momentánea de serotonina se observa en la cantidad de glutamato que se está vertiendo en el hueco sináptico un incremento que persiste en el tiempo, un refuerzo temporal: “refuerzo” + “temporal”, que suena algo así como una base para una memoria elemental. Ese efecto se veía aún más reforzado, tanto en cantidad de glutamato como en su duración en el tiempo, si la inyección de serotonina se hacía de acuerdo a una rápida pauta repetitiva, no necesariamente demasiada prolongada en el tiempo. Lo cual ya suena a una memoria de corto plazo. Repitiendo el estímulo se refuerza aún más la respuesta asociada a este estímulo. En esas circunstancias, ¿qué es lo que pasa en la neurona sensitiva presináptica?

Por un lado el proceso se configura como una carrera de relevos: la serotonina se acopla a su receptor específico -un conjunto de proteínas- que está incrustado en la membrana de la neurona presináptica pero sin conformar una puerta, un orificio.^[4] Ya en el interior de la neurona (número 1 en la figura siguiente) ese receptor estimula químicamente la generación del adenosín monofosfato cíclico (AMP)^[5], (2) que a su vez estimula a una enzima quinasa^[6] (3) que interviene directamente en la liberación del glutamato en la hendidura sináptica [+].^[7] Vemos, por tanto, que en la membrana de la célula presináptica ha habido dos tipos de comunicación. Una, en la que alguien toca el timbre, la serotonina, y sin abrirse ninguna puerta en el interior suceden cosas, aparece el AMP cíclico. Este tipo de comunicación química es seguido por una comunicación físico-química por la que una quinasa abre las puertas del glutamato.^[8] Se da la circunstancia que el segundo proceso es relativamente rápido, unos milisegundos, mientras que el primero es mucho más lento, hasta unas diez mil veces más prolongado. Eso quiere decir que la salida de glutamato no va a ser muy rápida, la acción en la sinapsis dura, lo cual favorece el reforzamiento de la fuerza sináptica para un futuro [+].

Esquema del proceso fisiológico por el que se refuerzan las sinapsis que configurarán la memoria a corto plazo (explicación en el texto)

Por otro lado la serotonina (2′) provoca una ralentización en la salida del potasio del interior de la neurona.^[9] El ritmo de variación de la concentración interna de ese ión modula la duración del potencial de acción de la neurona: cuanto más tarde en salir el potasio más duradero es el efecto del potencial de acción [+]. Pero no sólo prolonga el plazo de emisión de glutamato, sino que, también, la prolongación del potencial de acción brinda más tiempo para que entren más iones de calcio en las terminales presinápticas por sus correspondientes canales, siendo así que el calcio es esencial para que las vesículas donde se almacena el glutamato se acoplen más fácilmente a la membrana de la neurona presináptica, con lo que se facilita la liberación del neurotransmisor [+].^[10]

Como consecuencia del glutamato que llega a la neurona postsináptica se induce en ella un potencial de acción. Y como hemos visto que hay procesos que incrementan la segregación de ese glutamato, en cuanto a cantidad y duración en el tiempo, la comunicación entre las dos neuronas queda realmente reforzado… y eso es el ladrillo elemental de la memoria. Con ello se conforman las memorias, un procedimiento de aplicación general en aquellas áreas donde pensamos se almacena al información en nuestro cerebro. Es evidente que si acudimos a esos recuerdos grabados en mapas neuronales, estos mismos mapas se verán alterados durante el recuerdo, ya que las sinapsis de base van a cambiar su intensidad, por lo que se desvanece la seguridad personal en el contenido de nuestra memoria. Curioso… juraríamos que nuestros recuerdos se ajustan a lo que fueron, pero no es así. Pero eso no deja de ser una curiosidad, aunque con implicaciones en nuestro comportamiento.

En la siguiente entrada abriremos el campo de la memoria y analizaremos cómo conseguimos un reforzamiento en el tiempo que va a convertir la memoria de trabajo, la de corto plazo, en una memoria de largo plazo.

1. O cualquier otra publicación que hable del tema. [↩]
2. “The Organization of Behavior”, página 72, Donald O. Hebb, Wiley editores, 1949, New York. [↩]
3. No sólo habla de sus trabajos, sino que habla de la vida de un niño judío en Viena desde la anexión del país por el Nacionalsocialismo de la Alemania hitleriana y de cómo tuvo la suerte de poder emigrar a Norteamérica, en donde estudió su especialidad -quería ser psiquiatra por la influencia de su paisano Freud, aunque luego devino neurólogo-. De cómo saltó a Europa y vuelta a América, viajes por el mundo que evidencian el universalismo de la vida de la Ciencia. [↩]
4. A ese tipo de canales de comunicación química se les conoce como trofotrópicos en contraposicion a los ionotrópicos que sí son un canal por donde circulan iones. [↩]
5. Pariente “pobre” del ATP, adenosín trifosfato, mucho más famoso, ya que es la batería energética interna de las células. [↩]
6. Las enzimas quinasas se tratan de unas proteínas que aceleran las reacciones químicas en el cuerpo y que añaden sustancias químicas llamadas fosfatos a otras moléculas, como azúcares o proteínas. Lo cual es una inyección en vena de energía. Esto puede hacer que otras moléculas de la célula se vuelvan activas o inactivas. [↩]
7. Con la grafía [+] quiero indicar que hay un reforzamiento temporal o en intensidad de la sinapsis. [↩]
8. Digo físico-química porque, por lo general, la apertura-cierre de ese tipo de puertas lo conforman iones accionados por fuerzas electromagnéticas. [↩]
9. A través de lo que se conoce como canal de potasio, una proteína incrustada en la membrana neuronal que conforma un poro. Genéricamente se les conoce como canales iónicos ya que realmente son un orificio por el que pueden circular iones en una y otra dirección. [↩]
10. He introducido aquí el potencial de acción en la neurona presináptica. Puede plantear confusión, ya que hasta ahora hemos trabajado con los experimentos de Kandel en los que el estímulo provenía de la acción de la serotonina segregada por una tercera neurona. Pero el estímulo también puede ser un potencial de acción provocado aguas arriba en el axón presináptico. [↩]

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