Una neurona del ratón puede fijar un lugar en una vuelta
En el hipocampo del ratón, una subida de voltaje sostenida, más larga que un disparo normal, en una neurona refuerza las entradas que llegaron segundos antes y segundos después. Los autores sostienen que esa regla no se ajusta al postulado clásico, que exige coincidencia casi exacta y repetición.
La pregunta
Según la explicación más extendida del aprendizaje, la conexión entre dos neuronas se refuerza cuando una contribuye, una y otra vez, a que la otra dispare. Es la regla de Hebb: las dos células se activan casi a la vez, y varias veces.
Los autores la ven en apuros ante lo aprendido en pocos intentos y ante hechos separados por segundos. En el hipocampo, una región del cerebro que interviene en la memoria, hay neuronas que se activan cuando el animal pasa por un punto concreto, su campo de lugar. Según el artículo, se desconocía qué regla los forma.
Qué hicieron
Se registró el voltaje del interior de neuronas del hipocampo en ratones con la cabeza sujeta que corrían vueltas sobre una cinta. Ninguna respondía antes a tramo alguno.
Después se esperó a que apareciera, o se provocó, un potencial de meseta: una subida sostenida del voltaje en las ramas de la neurona, que la hace disparar en ráfaga. Con el movimiento del animal y la respuesta posterior se calculó qué entradas se reforzaron. Un modelo por ordenador, ajustado a los datos, reprodujo ese cálculo.
En rodajas de hipocampo de ratón adulto se estimuló una entrada débil y, con distintos intervalos, se generó la meseta, solo cinco veces por célula. Se probaron además dos sustancias, una contra un receptor de las conexiones y otra contra una entrada de calcio.
Ficha del estudio
- Qué
- Qué regla de refuerzo de conexiones crea los campos de lugar en la zona CA1 del hipocampo.
- Tipo de estudio
- experimental
- En quién
- Ratones despiertos con la cabeza fija y rodajas de hipocampo de ratón adulto.
- Cómo
- Registro del voltaje dentro de la neurona antes y después de un potencial de meseta, modelo por ordenador, emparejamientos en rodaja y bloqueantes.
- Cuántos
- 27 neuronas en el animal y 58 en rodajas; el número de ratones consta en el suplemento de métodos, que no se leyó.
- Dónde
- Science, 8 de septiembre de 2017
- Autores
- Bittner, Milstein, Grienberger, Romani y Magee
- Licencia
- Todos los derechos reservados
- Leído
- Manuscrito de autor depositado en PubMed Central, sin el suplemento de métodos. Ir al artículo
Escrito desde el artículo original. No hemos hablado con sus autores.
Esquema · proceso
De la cinta del ratón a las rodajas de hipocampo
- Ratones en la cintaSe registró el voltaje del interior de neuronas del hipocampo en ratones con la cabeza sujeta que corrían vueltas.
- MesetaSe esperó a que apareciera, o se provocó, un potencial de meseta: una subida sostenida del voltaje que hace disparar a la neurona.
- Cálculo y modeloCon el movimiento del animal y la respuesta posterior se calculó qué entradas se reforzaron; un modelo reprodujo ese cálculo.
- RodajasEn rodajas de hipocampo se estimuló una entrada débil y se generó la meseta con distintos intervalos, solo cinco veces por célula.
- Dos sustanciasSe probaron además dos sustancias, una contra un receptor de las conexiones y otra contra una entrada de calcio.
Qué encontraron
Tras la meseta, el voltaje subía en rampa cuando el ratón se acercaba al punto donde se había producido. Con esa rampa la neurona disparaba allí. Los autores dicen que el campo puede formarse en una sola vuelta. La media de vueltas con meseta fue mayor que una (véanse las cifras).
La neurona no había disparado en los tramos donde luego se formó la rampa. Esta era más ancha en las vueltas rápidas, indicio, según los autores, de una regla de segundos.
La respuesta alcanza su máximo antes del punto de inducción. La regla calculada lo explica: es asimétrica y refuerza las entradas llegadas segundos antes de la meseta y, durante menos tiempo, las llegadas después. El modelo reprodujo los datos con señales lentas y falló con las breves.
También en rodajas el refuerzo fue asimétrico, con solo cinco emparejamientos, y se mantuvo mientras duró el registro. Los dos bloqueantes redujeron el refuerzo (en un intervalo concreto), y uno de ellos redujo también la rampa en el animal.
Lo que no resuelve
Los autores reconocen que faltan muchos estudios para identificar las vías moleculares que sostienen esas señales lentas. Las dos señales del modelo son una propuesta que se ajusta a los datos. Por el diseño, la regla en el animal no se midió de manera directa: se dedujo de las rampas.
Sobre qué desencadena las mesetas en condiciones naturales, los autores solo especulan: quizá las favorezcan los sucesos poco familiares, las recompensas o los castigos.
Todo se vio en ratones con la cabeza fija, en pocas decenas de neuronas, y en rodajas con mesetas artificiales. El artículo no prueba que la regla intervenga en otros aprendizajes ni dice nada sobre personas.
Dónde encaja
El trabajo parte de la regla de Hebb, que según los autores ha guiado durante décadas experimentos y teorías. Cita además estudios de cálculo que pedían modificar las reglas habituales.
Trabajos previos citados en el artículo habían visto que las mesetas crean campos de lugar nuevos con rapidez. Aquí se añade la regla temporal, que los autores llamaron plasticidad sináptica a escala de tiempo conductual. Según ellos, no se había descrito en estas neuronas ni en otras de la corteza.
Proponen, como posibilidad, que la meseta instruya el aprendizaje.
Comparación
La regla de Hebb y la regla que describe el trabajo
| Aspecto | Regla de Hebb | Regla del trabajo |
|---|---|---|
| Cuándo se refuerza la conexión | Cuando las dos células se activan casi a la vez | Con entradas llegadas segundos antes de la meseta y, menos tiempo, después |
| Cuántas veces | Varias veces | Una vuelta bastaría, según los autores |
| Escala de tiempo | Casi simultánea | Sube durante unos 3 s y baja durante unos 2 s |
Términos
Cifras
- Neuronas registradas en ratones despiertos: 27, todas sin campo de lugar durante al menos 5 minutos; meseta espontánea en 7 e inducida en 20.
- Vueltas con meseta durante la inducción, de media: 1,4 en las espontáneas y 5,1 en las inducidas (los autores dicen que el campo puede formarse en una sola).
- La rampa de voltaje empezaba, de media, 3,8 s antes de la meseta.
- Regla deducida de las rampas: sube durante unos 3 s y baja durante unos 2 s, unas cien veces más larga que la regla clásica.
- Rodajas (58 neuronas en total, cinco emparejamientos): la respuesta se multiplicó por unos 3 con entrada y meseta simultáneas (4 neuronas); efecto significativo hasta casi 4 s con la entrada antes y más de 2 s con la entrada después.
- Bloqueo en rodajas, solo con la entrada 750 ms antes de la meseta (6 neuronas por grupo): 84 % menos de refuerzo con D-APV (receptor NMDA) y 73 % menos con nimodipino (canal de calcio de tipo L). En el animal, rampa de 1,3 mV con nimodipino (5 neuronas) frente a 6,2 mV sin él (6 neuronas).
Datos obtenidos en condiciones controladas de laboratorio; no son pautas ni recomendaciones aplicables fuera del laboratorio.
Fuentes
- Bittner KC, Milstein AD, Grienberger C, Romani S, Magee JC. Behavioral time scale synaptic plasticity underlies CA1 place fields. Science. 2017-09-08;357(6355):1033-1036. doi:10.1126/science.aan3846Todos los derechos reservados; se citan hechos
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