Entender cómo coordina el cerebro el flujo de información que recibe e identificar las poblaciones de neuronas (o nodos) críticas en cada red cerebral para llevar a cabo esta importante tarea es un problema fundamental en neurociencia. Estos nodos críticos son esenciales para la integración de las distintas redes neuronales que intervienen en procesos como el aprendizaje y la memoria. En este sentido, investigadores del Instituto de Neurociencias, centro mixto de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), participan en un estudio en el que han descubierto una nueva forma de abordar esta cuestión, que ha permitido localizar grupos de neuronas, desconocidos hasta ahora, que son fundamentales para la consolidación de la memoria. El trabajo, llevado a cabo en ratones, ha sido publicado en Nature Communications.

En este estudio, el laboratorio del investigador del Instituto de Neurociencias UMH-CSIC Santiago Canals ha aportado su experiencia pionera en el estudio de las redes de memoria. Por su parte, el investigador del Instituto Levich de Física de la Universidad de la Ciudad de Nueva York (EE.UU.) Hernán Makse y su equipo han contribuido son sus investigaciones, también de vanguardia, en el análisis de redes complejas. Juntos han utilizado por primera vez la teoría de percolación para localizar en ratones, los nodos que, por su posición estratégica en las redes cerebrales, son “críticos” para favorecer la formación de memorias, aunque no reciban tantas conexiones como los “hubs”, en los que hasta ahora se había centrado la atención.

Según ha explicado el investigador Canals, “el resultado ha sido una sorpresa porque encontramos que los nodos críticos para el funcionamiento de las redes de memoria del hipocampo se localizan, en realidad, en el núcleo accumbens, una estructura que forma parte del sistema de recompensa del cerebro. Un hallazgo que no hubiéramos podido predecir a priori sin este nuevo enfoque. Hasta ahora sabíamos que el núcleo accumbens participa en la formación de memorias, entre otras funciones, pero desconocíamos su papel fundamental para estabilizar la interacción entre el hipocampo y otras regiones de la corteza cerebral, como acabamos de descubrir. Estas interacciones son fundamentales para, entre otras cuestiones, la consolidación a largo plazo de las memorias”.

Este estudio, en el que han colaborado neurocientíficos y físicos, apunta a que las memorias que requieren la interacción del hipocampo y la corteza prefrontal necesitan, también, la intervención del núcleo accumbens para formarse. Este resultado se confirma con la inactivación farmacogenética del núcleo accumbens, que elimina por completo la formación de la red de memoria, mientras que la inactivación de otras áreas del cerebro deja intacta esta red. El trabajo, también, sugiere que la sincronización entre el núcleo accumbens, el hipocampo y la corteza cerebral, a la hora de almacenar nueva información proporciona un mecanismo para la actualización de los recuerdos que guiará los comportamientos futuros, de acuerdo con la información almacenada en el pasado.

El investigador Santiago Canals ha explicado que “nuestros resultados tienen implicaciones prácticas para tratar patologías del cerebro, basadas en la conectividad funcional como la adicción a sustancias de abuso, la esquizofrenia o la depresión. Permite, por ejemplo, diseñar protocolos de intervención dirigidos a nodos críticos del cerebro para manipular su actividad, buscando reforzar conexiones entre redes neuronales cerebrales, por ejemplo, para reforzar la memoria”. Además, las alteraciones en la conectividad funcional de las distintas redes cerebrales podrían utilizarse como biomarcador diagnóstico y de pronóstico de distintas enfermedades.

Algunas herramientas clínicas como la estimulación magnética transcraneal o la estimulación cerebral profunda podrían beneficiarse de esta nueva aproximación, que permite localizar las áreas a estimular en algunos trastornos neurológicos o psiquiátricos, especialmente aquellos que se cree que son el resultado de las disfunciones de la red. El hallazgo puede servir, también, como guía para la cirugía del tumor cerebral mediante la identificación de áreas esenciales que se deben preservar durante la intervención quirúrgica.