Ciencias Biológicas y de la Salud

Animales distintos, memorias parecidas

Investigadores del CONICET aportaron evidencias a la hipótesis de que las estructuras cerebrales claves en la memoria y el aprendizaje de distintos organismos tienen un origen evolutivo común.


Neohelice granulata es la especie de cangrejo estudiada por Delorenzi y equipo. Foto: CONICET Fotografía.
Federico Maza, Julieta Sztarker y Alejandro Delorenzi. Foto: CONICET Fotografía.

Hay aromas que transportan a lugares particulares. Por ejemplo, al sentir un olor a una comida vienen recuerdos de la casa de una abuela. Las memorias se construyen en distintos áreas del cerebro. La información que producen los sentidos se procesa en centros de memoria primarios – como los que integran la olfato: el bulbo olfatorio en los humanos, los lóbulos antenales en insectos o el lóbulo olfatorio en el cangrejo – y luego se integran en estructuras cerebrales llamadas centros de memoria de orden superior.

Estos centros de integración multisensorial son claves en el aprendizaje y la memoria ya que permiten vincular la información de los centros sensoriales con sus contextos. Como el olor a una comida y la casa de una abuela.

“Los procesos de aprendizaje y formación de memorias se parecen mucho en organismos aparentemente muy distintos. ¿Cómo sucede eso? Una hipótesis es que existió un primer animal de simetría bilateral que era un gusano plano y que todos descendemos de él. Hay mucha evidencia que dice que el circuito básico, los centros de memoria de orden superior, aparecieron inicialmente en él y después variaron en cada animal. Un perro, un humano o un cangrejo son muy diferentes pero comparten mucho porque provienen de un ancestro común. En el caso de los vertebrados los centros están en el hipocampo y en los insectos se llaman mushroom bodies. Se conocían también en algunos crustáceos estructuras cerebrales similares pero faltaba la evidencia funcional”, explica Alejandro Delorenzi, investigador independiente del CONICET en el Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias (IFIByNE, CONICET-UBA).

Existen estudios que demuestran que los recuerdos vinculados a contextos determinados se procesan en los insectos en los mushroom bodies pero no había estudios realizados en crustáceos, en los que se postula un sistema homólogo. En un trabajo recientemente publicado en la revista PNAS, Delorenzi estudió junto a su equipo de investigación los centros de procesamiento superior de la memoria en artrópodos, específicamente en una especie de cangrejo llamada Neohelice granulata.

Francisco Maza, becario doctoral del CONICET en el IFIByNE y uno de los autores del paper, explica que desde el punto de vista funcional hay muchos trabajos que describen en los insectos que los mushroom bodies están involucrados en procesos de memoria de alta integración y que en los crustáceos el cuerpo hemielipsoide es la estructura cerebral homologa a ellos por estudios morfológicos. Hasta el momento no se había encontrado evidencia fisiológica de que esas estructuras estuvieran involucradas en procesos de memoria y eso fue lo que hicieron en este trabajo. Por una parte describir esta estructura cerebral en Neohelice granulata y por otra, buscar pruebas fisiológicas de que hay trazas de memoria –huella que dejan los estímulos en la memoria- que están reflejando el componente de contexto.

Los investigadores hicieron los experimentos tomando como base un paradigma de respuesta de escape del cangrejo, que consiste en ver cómo reacciona frente a un estímulo visual de peligro, en este caso una figura que pasa por encima de él. Esto recrea la naturaleza ya que estos animales son predados por gaviotas que los sobrevuelan. En un principio el cangrejo responde escapando y con el repetido pasaje de las pantallas, cambia de estrategia y en lugar de huir tiene una respuesta de inmovilidad que persiste en el largo término y en el contexto específico en que fue aprendido.

“Cuando la respuesta a un mismo estímulo cambia, en este caso disminuyendo a medida que progresa un entrenamiento, podemos ver a nivel neuronal la traza de memoria. Encontramos unas neuronas que mostraban el cambio de respuesta, de intentar huir a quedar quietos, pero no veíamos ese componente asociado al contexto. Para ello lo estudiamos en dos ambientes bien distintos: uno con paredes lisas y otro con un patrón de barras blancas y negras que el cangrejo, sabemos por resultados previos, reconoce como un lugar distinto. Si uno lo entrena en uno de esos contextos, ve que la respuesta baja, se quedan quietos. Si el día del testeo uno lo pone en el otro contexto el animal vuelve a responder intentado escapar. Eso muestra que el estímulo se procesa en una parte del cerebro, el contexto en otro y tienen que juntarse en algún punto para guiar el comportamiento del animal”, aclara Julieta Sztarker, investigadora adjunta del CONICET en el IFIByNE y autora del estudio.

En este sentido, la investigadora explica que es como si una persona estuviese caminando en una calle oscura y la roban. Si otro día vuelve a caminar por esa calle, va a sentir miedo pero por ejemplo si está en una calle paralela con distinta iluminación es probable que ese temor no se evoque. Eso se produce por el poder del contexto. Al igual que un humano, el animal asocia que se trata de una situación estresante con un estímulo de peligro y aprende que escapar no tiene sentido pero eso lo aprendió en un contexto en particular. Si este cambia, se produce una respuesta de huida nuevamente frente al estímulo.

Para medir esto, los investigadores hicieron ensayos in vivo a través de una técnica que tiñe las neuronas del centro de memoria de orden superior con un colorante sensible a calcio. Cuando entra calcio, las neuronas se ‘encienden’, cambia la fluorescencia y brillan frente a los estímulos que le presentaban los científicos como las imágenes que representaban la acción de un predador.

En los crustáceos como Neohelice granulata una parte importante del sistema nervioso central está en los pedúnculos oculares que son una zona de fácil acceso. Inmovilizan los ojos, se sujeta el animal con una pinza, se hace una ventana en la cutícula para luego colocarlos en el microscopio y allí se filman los cambios de fluorescencia, en una preparación en la que el sistema nervioso y el animal permanecen prácticamente intactos.

“Los resultados de este estudio apoyan la hipótesis de que los sistemas involucrados en aprendizaje y memoria no se desarrollaron de manera independiente a lo largo de la evolución y por el contrario el origen en común determinó cómo son. Los humanos podemos hacer cosas particulares o únicas como hablar pero cómo construimos las memorias es algo que nos pertenece como animales. Están en juego nuestras identidades: qué te construyó como individuo y qué pensás son tus memorias en acción. Somos distintos y vemos el mundo de una manera diferente pero somos todos animales bilaterales”, concluye Delorenzi.

Por Cecilia Leone.

Sobre investigación:

Alejandro Delorenzi. Investigador independiente. IFIByNE.
Julieta Sztarker. Investigadora adjunta. IFIByNE.
Fernando Locatelli. Investigador adjunto. IFIByNE.
Francisco Maza. Becario doctoral. IFIByNE.
Avishag Shkedy. IFIByNE.
Valeria Peszano. IFIByNE.