[Psicología e Inteligencia Artificial] 2020-04-30 El mecanismo de reorganización y transformación de la memoria
Resumen: El hipocampo se considera una estructura clave para la adquisición, el almacenamiento inicial y la recuperación de la memoria. Este artículo analiza cómo los recuerdos que originalmente dependen del hipocampo se expresan finalmente en la corteza y cómo los recuerdos cambian con el tiempo. La conclusión de este artículo es que la teoría TTT proporciona una nueva forma de pensar sobre la reorganización y consolidación como un proceso interactivo continuo, que está relacionado con áreas del cerebro como el hipocampo y la corteza prefrontal medial (mPFC).
Introducción
Existen dos escuelas de debate sobre la reorganización de la memoria. Un grupo cree que las huellas de la memoria están fijadas en la forma original, mientras que el otro grupo cree que el proceso está en constante evolución. Después de la memoria y la reactivación, la memoria se actualizará a la nueva versión. El proceso de consolidación de la memoria generalmente se explica de dos maneras: consolidación celular (o sináptica) y consolidación del sistema. Este artículo rastrea las interacciones hipocampo-corteza en la teoría TTT, considerando similitudes entre los mecanismos de consolidación de la memoria de los roedores y la memoria humana.
¿Cómo se forman las huellas de la memoria? Mecanismo de integración celular
Cuando un evento experimentado se transforma en una memoria a largo plazo, es necesario formar un rastro de memoria en el cerebro en forma de conexiones sinápticas en un grupo de neuronas. Durante este período, es necesario inducir la despolarización neuronal y la entrada de calcio intracelular, lo que lleva a la transcripción y traducción de las proteínas PRP relacionadas con la plasticidad. Los PRP inducen cambios estructurales y funcionales en las redes neuronales locales, lo que lleva a conexiones sinápticas nuevas, remodeladas o mejoradas. Estos cambios ocurren minutos u horas después del evento y requieren un período de calma para estabilizarse. La inhibición de la síntesis de proteínas o la interferencia con nuevos tiempos de aprendizaje pueden interrumpir este proceso, desestabilizándolo y conduciendo a una consolidación incompleta.
CREB, un factor de transcripción especial, se considera un gen de memoria importante. Se han encontrado efectos similares en roedores.
Evidencias: 1. La regulación está implicada en la expresión de muchos PRP, incluidos factores de crecimiento, proteínas estructurales, proteínas de transducción de señales, etc.
2.? La transcripción mediada por CREB conduce a una mayor excitabilidad y plasticidad neuronal y activa cambios estructurales en la morfología neuronal celular.
3.? Promueve la consolidación de la memoria incluso en entornos de aprendizaje débiles.
4.? Se puede argumentar que el aumento de los niveles de CERB promueve la consolidación de recuerdos débilmente codificados.
En el paradigma de asignación de memoria, los elementos presentados consecutivamente serán codificados por grupos de neuronas superpuestas, por lo que después de presentar un elemento, el mismo grupo de neuronas conectadas a él puede activarse, de modo que el elemento se pierda. durante la recuperación habrá una conexión entre ellos, y aquellos que están cerca en el tiempo a menudo se combinan en la búsqueda.
La dependencia de la síntesis de proteínas observada en roedores puede ser la base de la consolidación de la memoria humana, pero existen muchas limitaciones en los estudios en humanos y la consolidación celular no está bien caracterizada en humanos. Además, cuando los humanos aprenden varios proyectos, cada proyecto pasa por su propio proceso de fusión y los proyectos posteriores se convertirán en interferencias, lo que dificultará la integración de la información. Aunque es imposible formar recuerdos fuertes y duraderos en un entorno completamente libre de interferencias, no está claro cómo se puede lograr. Una hipótesis es que el hipocampo admite representaciones únicas de diferentes recuerdos y es relativamente resistente a la interferencia de elementos posteriores. En la corteza, los recuerdos familiares que no están influenciados por mecanismos como el hipocampo son más susceptibles a la interferencia.
¿Cómo cambian las huellas de la memoria con el tiempo? Reorganización y distribución de las redes de memoria
Una vez transcurrido el período ventana de consolidación celular, los rastros de memoria se estabilizarán y no se verán perturbados por la inhibición de la síntesis de proteínas, la alteración farmacológica y el nuevo aprendizaje. Los rastros de la memoria se traducen en procesos de consolidación sistemáticos más prolongados, formando nuevas conexiones sinápticas en redes neuronales en todo el cerebro.
Tanto el hipocampo como la corteza forman huellas a medida que se adquieren los recuerdos, pero las huellas corticales se consolidan con el tiempo. No está claro si el hipocampo también desempeña un papel duradero en el almacenamiento y recuperación de recuerdos.
Teoría de la integración estándar SCT Teoría de la consolidación estándar: El hipocampo desempeña un papel limitado en el almacenamiento de la memoria declarativa. Con el tiempo, los recuerdos forman nuevos rastros de memoria en la corteza y, a medida que los rastros de memoria superficiales se fortalecen, los rastros en el hipocampo se debilitan hasta que abandonan el hipocampo. Evidencia: El almacenamiento y recuperación de la memoria semántica no es necesario en el hipocampo de pacientes con amnesia retrógrada temporal graduada MTL y TGRA. Estos pacientes olvidan la memoria episódica, pero conservan la memoria semántica.
Esta separación no puede ser explicada por la SCT.
Teoría de huellas múltiples MTT (teoría de huellas múltiples): Las huellas de memoria en la corteza cerebral son algunos * * * mismos elementos que se activarán repetidamente con el tiempo y luego se integrarán en la red de conocimiento existente. La reactivación de la memoria también puede formar múltiples rastros de memoria distribuidos de manera diferente: el hipocampo almacena recuerdos episódicos y recuerdos más detallados.
Teoría de la transformación de trazas: un cerebro completo tiene dos versiones de memoria, una es una versión detallada dependiente del hipocampo y la otra es una versión amplia de la corteza semántica. Las condiciones de recuperación influyen en la versión de la memoria que se representa. Por ejemplo, no se necesitan detalles específicos, sólo se activa la memoria cortical. Si necesita detalles o escenas, obtendrá la versión del hipocampo, pero es posible que la corteza aún esté involucrada. TTT predice que habrá una actividad similar en el hipocampo siempre que la memoria recuperada conserve detalles perceptivos, ya sea un recuerdo lejano o reciente. Existirán recuerdos episódicos específicos y recuerdos generalizados transformados.
La investigación en roedores muestra que el área aCC en el mPFC es un área involucrada en la memoria remota. Tanto la aCC como el hipocampo pueden indicar de forma independiente la expresión de la memoria. En otras palabras, inactivar uno de ellos por sí solo no afectará. extracto. El daño al mPFC afecta la memoria episódica en humanos, pero no hay evidencia de que esté relacionado con la memoria remota. El daño humano al mPFC también puede causar una distorsión grave de la memoria y los sujetos también informarán informes falsos. Aún se debaten los mecanismos subyacentes a esta distorsión de la memoria, que resulta en una incapacidad para recuperar correctamente los objetivos deseados y perjudica la capacidad del individuo para suprimir recuerdos irrelevantes.
mPFC combina investigaciones en humanos y roedores, participa en el procesamiento y expresión de esquemas, guía la codificación y recuperación de la percepción y la memoria, proporciona comparación de plantillas y memoria de recuperación, asegurando así que la expresión final sea correcta. información. En los humanos, este mecanismo daña el mPFC en forma de distorsión de la memoria, y los roedores presentan pérdida de memoria debido a la falta de información verbal. Se puede especular que cuando la memoria se basa en esquemas, se verá afectada, pero si está muy claro, la memoria guiada por señales no se verá afectada
Un caso de conversión de memoria espacial
Siempre se ha creído que la memoria espacial se basa en el mapa cognitivo del hipocampo. Más tarde se descubrió que los recuerdos de situaciones familiares adquiridos hace más de un año no activaban el hipocampo, mientras que los recuerdos más recientes sí lo hacían. Esta capacidad de reservar espacio se basa en una representación topográfica esquemática que puede ser respaldada por una representación externa al hipocampo, pero el rico entorno específico aún requiere una representación interna por parte del hipocampo.
Por ejemplo (Winocur G, Moscovitch M, Fogel S, Rosenbaum RS, Sekeres M (2005b) Memoria espacial retenida después de convulsiones del hipocampo: efectos de una amplia experiencia en entornos complejos. NAT neuro sci 8:273–275 ) colocaron ratas en una "aldea" durante varios meses y luego sufrieron daños en el hipocampo. No hubo ningún problema en memorizar el entorno original y las rutas familiares, pero después de restablecer el entorno, apareció un deterioro evidente de la memoria espacial.
Por ejemplo, Ciaramelli E (2008) El papel de la corteza prefrontal alienígena en la navegación: un caso de búsqueda de rutas de entrada y rehabilitación. neuropsycholia 46(7):2099–2105 Se pidió a los participantes (pacientes con daño prefrontal ventromedial) que viajaran de un lugar familiar a otro y, en ocasiones, se perdían. Este déficit parece deberse a una incapacidad para excluir información espacial que distraiga o sea intrusiva, como seguir rutas inapropiadas provocadas por señales en el entorno al navegar a una ubicación designada, en lugar de una pérdida de información espacial aprendida a distancia.
Evidencia de la integración de sistemas y la transformación de la memoria en el cerebro de un roedor sano
Las estructuras hipocámpicas y extrahipocampales interactúan en la retención y recuperación de la memoria. El hipocampo retiene algunos rastros de la memoria original, lo que ayuda a la recuperación de recuerdos remotos. Cuando se daña el hipocampo, la energía cinética de toda la red se destruye, pero otras redes pueden adaptarse lentamente y compensar el daño al hipocampo. Cuando la memoria original es inaccesible, otros componentes de la red de memoria pueden admitir la recuperación, pero la memoria recuperada es generalizada y carece de contexto y detalles.
Evidencia: Goshen I, Brodsky M, Prakash R, Wallace J, Gradi Naru V, Ramakrishnan C,
Deisseroth K (2011) Dinámica de estrategias de recuperación de memoria remota. Cell 147:678–689 utilizó un enfoque optogenético rápido para detectar la contribución de las neuronas CA1 del hipocampo y que la fotoinhibición de las neuronas CA1 abolió los recuerdos de miedo (recuerdos remotos) incluso después de semanas. La recuperación de la memoria a largo plazo generalmente depende del hipocampo, pero aún puede transferirse a estructuras alternas.
Limitaciones de los modelos de consolidación de la memoria de los roedores
No existe una red de memoria de largo alcance en todo el cerebro de los roedores (debido a la enorme carga de trabajo). En los estudios existentes, el hipocampo es un centro clave que conecta varias regiones, pero es necesario realizar más estudios sobre cómo el daño a este nodo cambia la conectividad activa y funcional.
Evidencia de integración de sistemas y transformación de la memoria en cerebros humanos sanos
En individuos sanos, después de 1 semana, a medida que la memoria contextual desaparece, la actividad del hipocampo se debilita, pero es vívida y perceptiva. La memoria contextual autobiográfica remota detallada permanece asociada con una alta actividad del hipocampo. La memoria autobiográfica remota también está relacionada con el PFC.
Por ejemplo, Sekeres MJ, Bonasia K, St-Laurent M, Pishdadian S, Winocur G, Grady C, Moscovitch M (2016a) Validación y prevención de la pérdida de memoria detallada: diferencias en las tasas de olvido por tipo de detalle. en la memoria episódica. Learning Memory 23:72–82 utilizó recuerdos de clips de películas para determinar cómo cambian los diferentes elementos de la memoria episódica con el tiempo. De acuerdo con las predicciones de TTT, se encontró lo siguiente: (1) la memoria de los detalles perceptivos se recuperó inmediatamente después de la codificación, y el hipocampo estaba activo (2) la memoria de los detalles perceptivos disminuyó con el tiempo, mientras que se retuvieron los elementos centrales de la historia; Al recordar hace 7 días, la actividad del hipocampo disminuyó y la actividad de mPFC aumentó. (3) Ya sea que los recuerdos vívidos y detallados se recuperen inmediatamente o 7 días después, el hipocampo está activo y también hay un fuerte apoyo a la actividad en la corteza 7 días después (esto es consistente con las predicciones TTT).
La versión detallada de la memoria y su versión gráfica semántica asociada se pueden preservar, interactuar con ella, compensar, acceder a través de diferentes señales y activarse bajo diferentes condiciones de tarea.
¿Cuál es el mecanismo de integración del sistema?
Otro posible mecanismo relacionado con la remodelación es la reconsolidación. Cuando se activa la memoria, los rastros de la memoria se encuentran en un estado temporalmente inestable y se destruyen y modifican fácilmente. Si se quiere salvar, se requiere un mayor refuerzo.
Investigaciones en roedores encontraron:
(1) La memoria remota sufre un proceso de reconsolidación similar al sistema dependiente de la síntesis de proteínas en el hipocampo.
(2) El aumento viral de PKMf puede mejorar la recuperación de la memoria consolidada, y la mejora de la plasticidad cortical puede promover la consolidación del sistema.
Investigación sobre la consolidación de la memoria humana:
(1) "Consolidación activa durante el sueño", hipocampo fuera de línea: el hipocampo se puede activar y reproducir durante el sueño o el descanso de ondas lentas, distribuir la memoria rastros hasta la corteza. La onda de consolidación sináptica (que promueve cambios en la fuerza sináptica y la eficiencia de la neurotransmisión en las redes neuronales corticales) puede verse como una subrutina de consolidación de la memoria. Algunos recuerdos que rara vez se activan experimentan menos ondas de consolidación sináptica y, por tanto, no forman huellas multidistribuidas.
(2) La reactivación y posterior consolidación de la memoria conducirá a cambios en los rastros de memoria existentes, en lugar de a su eliminación.
Por ejemplo, St. Jacques PL, Schacter DL (2013) La memoria modificada mejora y actualiza selectivamente los recuerdos personales de las visitas a museos al reaccionar a los recuerdos personales. Psychoological Science 24:537–543 Los participantes visitaron el museo con sus cámaras. Presentar en la prueba fotografías tomadas por uno mismo y fotografías tomadas en otras rutas del museo activará mejor la memoria de las fotografías más parecidas, pero al mismo tiempo, la reactivación también aumentará la memoria falsa de las nuevas fotografías.
El reconocimiento erróneo de fotografías está relacionado con el hipocampo y el vmPFC, y también se considera relacionado con la conversión de la memoria en la teoría TTT.
Cronograma para la integración del sistema
La escala y el momento exactos de la reorganización y distribución de la red de memoria a lo largo del tiempo son inciertos.
Estudios anteriores han obtenido la siguiente información: (1) La reorganización a gran escala de la red de memoria declarativa ocurre dentro de las 24 horas posteriores a la adquisición de la memoria asociativa y dentro de una semana de la codificación de recuerdos complejos de la trama de clips de películas; la reorganización de la memoria autobiográfica es sostenible de meses a años (la reorganización de las redes de la memoria puede durar toda la vida (3) La memoria episódica en roedores puede activar las neuronas del hipocampo durante dos días, pero la activación es menor después de dos semanas y la memoria puede convertirse en Rastros de mPFC.
La formación de la memoria de largo alcance está relacionada con el crecimiento de espinas dendríticas en aCC. La agregación de la columna vertebral puede promover el desarrollo de la memoria contextual posterior a la impresión, como Govindarajan A, Kelleher RJ, Tonegawa S (2006) Un modelo de plasticidad de agrupamiento de impresión de memoria a largo plazo. Journal of Neuroscience 7:575–583. La plasticidad cortical puede estar relacionada con la consolidación de las interacciones corticales y del hipocampo tempranas.
Por ejemplo Vetere G, Restivo L, Cole CJ, Ross PJ, Ammassari-Teule M, Josselyn SA, Frankland PW (2011) El crecimiento de la columna vertebral en la corteza antenal es necesario para la consolidación de la memoria contextual del miedo. procnatl acad sci 108:8456–8460 La consolidación de la memoria contextual del miedo en ratas se asocia con el crecimiento dendrítico de las neuronas aCC. Cuando se utilizó MEF2 para inhibir el crecimiento sináptico, se descubrió que impedía el crecimiento de las espinas dendríticas asociadas a la consolidación y la posterior expresión de la memoria durante la ventana de entrenamiento.
Conclusión: El concepto de transformación y fusión
Consolidación significa transformación continua, no simple fijación, que es un proceso dinámico y no lineal. La teoría TTT cree que el hipocampo y el mPFC son un proceso interactivo continuo que proporciona una nueva dirección para la estructura de la red de memoria del cerebro.