¿Cuál es la base molecular de la memoria? ¿Cómo se hacen, almacenan y recuperan los recuerdos a nivel molecular?

Este es en realidad un tema vasto pero aún fragmentario, así que no creo que pueda construir una narración coherente al respecto. Trataré de poner algunos indicadores aquí para una lectura adicional.

Se cree que la memoria a largo plazo depende de la modificación de las sinapsis entre las neuronas. La modificación sináptica produce cambios en la neurotransmisión.

En el nivel sináptico, hay dos tipos amplios de memoria a largo plazo. Hay potenciación a largo plazo (LTP) y depresión a largo plazo (LTD).

La potenciación a largo plazo (LTP) es “un fortalecimiento persistente de las sinapsis basado en patrones recientes de actividad. Estos son patrones de actividad sináptica que producen un aumento duradero en la transmisión de señal entre dos neuronas. [2] Lo opuesto a LTP es largo depresión a largo plazo que produce una disminución duradera de la fuerza sináptica “. -Wikipedia

Se ha encontrado que una variedad de biomoléculas e iones desempeñan un papel en LTP y LTD.

Las moléculas incluyen neurotransmisores, proteínas e incluso genes y ARN. Los iones que son cruciales son el calcio y el magnesio, además de los sospechosos habituales: sodio, potasio y cloro. La forma en que estas moléculas e iones interactúan entre sí y con el voltaje de la neurona para lograr la plasticidad sináptica y sináptica es un proceso complejo y solo parcialmente entendido. Todas las formas de plasticidad pueden verse influenciadas por el metabolismo, el estrés, el sueño y varios otros tipos de contexto. Los procesos de memoria sináptica no son los mismos en todo el cerebro: diferentes tipos de células y regiones del cerebro muestran diferentes propiedades de plasticidad.

La neurociencia molecular no es mi campo, así que voy a colocar aquí algunas imágenes que transmiten la gran complejidad de las bases moleculares (¡en plural!) De la memoria. Hay un pie de foto debajo de cada figura entre corchetes.


[Del artículo de Wikipedia sobre LTP.]


[Bases moleculares de LTP. Del artículo de Nature Neuroscience Along Memory Lane.]

[“Cascadas de señalización de proteínas involucradas en LTP / LTD”. Mecanismos de inducción y mantenimiento de la plasticidad dependiente de la sincronización de picos en modelos de sinapsis biofísicas.

[“Modelo de potenciación específica del estadio del sueño y escala homeostática”. Del documento de Frontiers: plasticidad sináptica dependiente de síntesis de proteínas y del sueño: impactos de la pérdida de sueño y el estrés.]

[“La dieta y el ejercicio pueden afectar la producción de energía mitocondrial, que es importante para mantener la excitabilidad neuronal y la función sináptica”. De Nature Reviews Neuroscience paper Alimentos cerebrales: los efectos de los nutrientes en la función cerebral.]

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Otras lecturas:

Estudios biológicos celulares y moleculares de almacenamiento de memoria [Acerca de la investigación del Premio Nobel Eric R. Kandel, quien es un pionero de la investigación sobre la base molecular de la memoria].

Ver las moléculas se transforman en recuerdos: el avance permite a los científicos de Einstein probar cómo se forman los recuerdos en las células nerviosas

Lo insinúa con LTP / LTD y otras formas como mencionar el calcio. Pero lo que se observa en los diagramas, pero no el texto es: Receptores. Se cree que las tasas de reciclado, estabilidad y persistencia de los receptores son el principal factor que determina la eficacia sináptica. Las concentraciones moleculares pueden desempeñar un papel en el control de la dinámica de las transiciones de los receptores. Solo llenando un par de vacíos que están implícitos.

En respuesta a Aditya, sí: la memoria es una red fenonemon, pero está habilitada por procesos moleculares específicos. De forma similar, el estado físico (magnético o no) que almacena un bit en un disco duro no es una memoria en sí misma, pero este estado físico es el proceso por el cual las computadoras almacenan la memoria.

La memoria es un tema complejo y es objeto de investigaciones en curso.

En un nivel alto, los recuerdos deben almacenarse a través de cambios moleculares, porque las moléculas son todo lo que hay.

Mucho se ha aprendido sobre los detalles de cómo funciona esto, y aún hay muchos misterios.

Este video de animación por computadora del Instituto Salk describe los cambios moleculares implicados en la memoria:

La naturaleza de la memoria

A diferencia de una computadora, el cerebro no almacena recuerdos en un “banco de memoria” y los recupera más tarde. La memoria, el procesamiento de la información y la cognición se entremezclan y se entrelazan en todo el cerebro. Todos ellos son realmente parte del mismo sistema descentralizado.

El cerebro “registra” recuerdos al modificar la estructura molecular en los puntos de conexión entre las neuronas (las sinapsis). Una sola memoria podría extenderse a millones de sinapsis.

“Recuperar” un recuerdo es realmente una cuestión de reconstruir un estado experiencial en el cerebro que es similar o se deriva de un estado experiencial anterior (el evento que se recuerda). Muchos recuerdos no se recuerdan en absoluto. Por ejemplo, realmente no “recuerdas” cómo andar en bicicleta: simplemente comienzas a hacerlo, te resulta familiar y tu cuerpo hace lo correcto.

Cambios moleculares

Los cambios moleculares específicos que hacen posible la memoria involucran principalmente el movimiento de moléculas alrededor de las sinapsis neuronales. Una sinapsis se puede fortalecer agregando neurorreceptores adicionales a ella. Un neurorreceptor es un objeto molecular de unos 8 nanómetros de diámetro. El principal tipo de neurorreceptor utilizado para la memoria es un complejo molecular llamado AMPA, y la cantidad de receptores AMPA instalados en una sinapsis determina su fuerza de conexión. Sin embargo, nada en el cerebro es simple. Los receptores GABA median la memoria de las neuronas inhibidoras, y los receptores NMDA juegan un papel clave en el desencadenamiento de la formación de la memoria. También hay un sinnúmero de otros mecanismos, incluidas las cascadas de señalización molecular interna y el cambio de genes.

El cerebro se está “remodelando” a sí mismo todo el tiempo en respuesta a la experiencia. La remodelación adopta la forma de receptores móviles (llamados “tráfico de receptores”), instalando nuevos (llamados “inserción de receptores”), sintetizando nuevos y eliminándolos. El lado de la neurotransmisión de las sinapsis puede crecer o reducirse, se pueden formar nuevas sinapsis con el tiempo, y las neuronas incluso pueden extender el nuevo cableado para conectarse con otras neuronas.

Este diagrama muestra cómo los complejos moleculares de los receptores AMPA (etiquetados como “AMPAR”) se “trafican” alrededor de la superficie de una sinapsis para fortalecer una conexión al servicio de la memoria:

La respuesta de Yohan John a esta pregunta ofrece una gran visión general de los mecanismos moleculares específicos tal como se entienden actualmente.

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