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La semana pasada nos fascinó el vídeo de escasos segundos en donde veíamos a las neuronas formar memorias. Explicamos lo que subyacía a buena parte de aquellas imágenes hipnóticas: eso conocido como Potenciación a Largo Plazo. Es este un proceso complejo pero esencial para comprender cómo nuestro cerebro trabaja, así que vamos a hacer hincapié en explicarlo. Este vídeo esquemático nos resume el proceso y nos lo muestra visualmente para comprender la PLP mucho mejor:

Traducción:

El cerebro humano es capaz de almacenar información por breves periodos de tiempo en la memoria a corto plazo o de por vida en la memoria a largo plazo. Piensa en la última vez que estudiaste para un examen. El proceso de estudio activa varias vías en el interior de tu cerebro. La activación contínua de estas vías es lo que lleva a la retención de información por periodos largos. La memoria a largo plazo ha sido asociada a una estructura con forma de caballito de mar conocida como hipocampo. Esta estructura existe en ambos hemisferios cerebrales en el lóbulo temporal medial y coordina el almacenamiento y la recuperación de memorias.

Una mirada más cercana al hipocampo revela algunas estructuras principales: el giro dentado, la CA1 y la CA3. El proceso de memorización comienza cuando la información llega al giro dentado desde la corteza entorrinal. Los axones de las neuronas granulares proyectan sus axones a las células del área CA3 y éstas proyectanla información  a través de las denominadas colaterales de Schaffer a las células del campo CA1, y de allí a través del subículo retorna la información a la corteza entorrinal.

El proceso denomiado como Potenciación a Largo Plazo, PLP, se trata del proceso celular y molecular de la memoria. La PLP es una mejora duradera de la transmisión de señales entre dos neuronas tras una estimulación repetida. La PLP ha sido mayoritariamente estudiada en las sinapsis entre las colaterales de Schaffer y las neuronas del campo CA1.

Una mirada más cercana a la sinapsis entre células CA3 y CA1 revela múltiples estructuras que se relacionan con la Potenciación a Largo Plazo. En la neurona postsináptica encontramos receptores NMDA y AMPA que normalmente se encuentran juntos en muchas postsinapsis. Se activan después de que el neurotransmisor se fusione con la membrana celular y sea liberado en el espacio entre neuronas. El receptor AMPA es permeable a los iones de sodio. El receptor NMDA es tambiér permeable a los iones de sodio, pero también lo es a los iones de calcio. Además, los receptores NMDA están bloqueados por un ión de magnesio que impide la entrada de los iones a la célula.

Cuando un potencial de acción viaja a lo largo del axón presináptico de las colaterales de Schaffer termina con la liberación del glutamato, el cual se fusiona con los receptores AMPA y NMDA. Cuando el propagado es un potencial de acción de baja potencia, la cantidad de glutamato que se libera es baja. Los receptores AMPA se abren y una pequeña cantidad de sodio entra en la neurona, causando una pequeña despolarización (aumento de la carga eléctrica de la neurona). El glutamato también se une a los receptores NMDA, pero ningún ión será capaz de traspasarlo debido al ión de magnesio que lo bloquea. Cuando la señal recibida es pequeña, la respuesta postsináptica no es suficiente para lograr la salida del ión de manesio por lo que no deriva en PLP. Esto es equiparable a ti estudiando por una pequeña cantidad de tiempo: no activarás una alta frecuencia de potenciales de acción estudiando por un periodo tan corto.

Cuando una alta frecuencia de potenciales de acción viaja a lo largo de los axones de las colaterales de Scheffer, una cantidad mayor de glutamato es liberada al espacio sináptico. Esto es equiparable a ti estudiando por un periodo de tiempo mayor: esto resulta en una alta frecuencia de potenciales de acción. En esta ocasión, cuando el glutamato se une a los receptores AMPA, una cantidad mayor de iones de sodio penetra en la neurona gracias a que el canal permanece abierto durante más tiempo.

Este influjo de sodio causa una depolarización mayor que logra repeler el ión de magnesio del receptor NMDA debido a un proceso denominado repulsión electrostática. En este punto, el receptor NMDA activado por glutamato permite la entrada de sodio y calcio por su poro. Debido a esta necesidad de “doble” activación, los receptores NMDA se denominan receptores coincidentes (voltaje-dependientes y ligando-dependientes) porque necesitan una excitación presináptica y postsináptica para la apertura del canal: la fusión del glutamato presináptico liberado y la depolarización de la célula postsináptica.

Como se mencionó antes, la PLP es un proceso de fortalecimiento de la conexión entre dos neuronas. El influjo de calcio en la neurona postsináptica actúa como un importante segundo mensajero, activando múltiples procesos intracelulares. El incremento de calcio lleva a dos procesos que intervienen en la PLP: la fase temprana y la fase tardía. Durante la fase temprana el calcio se fusiona con sus proteínas de fusión y causa la inserción de nuevos canales AMPA en la membrana celular de la sinapsis entre las células del campo CA1 y CA3. Estos nuevos receptores AMPA estaban almacenados en el interior de la neurona y sólo se liberan debido al influjo de calcio procedente del receptor NMDA. Esto permite que más canales AMPA estén disponibles en futuras conexiones.

Los cambios de la fase temprana duran tan solo unas horas. Durante la fase tardía, una entrada mayor de calcio provoca que se activen factores de transcripción genética que llevan a que nuevas proteínas sean sintetizadas. Algunas de estas proteínas son nuevos receptores AMPA que serán insertados en la membrana neuronal. Aparte, hay un incremento en la síntesis de proteínas denominadas “factor de crecimiento” que llevan al crecimiento de nuevas sinapsis, base de la plasticidad psináptica: el cerebro cambia conforme aprendes. Estas sinapsis se forman entre las neuronas CA1-CA3, permitiendo una conexión más fuerte. Los cambios de la fase tardía pueden durar desde 24h a toda la vida.

Es importante señalar que la PLP no es un mecanismo sino un incremento en la actividad entre dos neuronas que resulta en un aumento de los canales AMPA neuronales que permitirá que incluso bajas frecuencias de potenciales de acción creen una despolarización celular cuando antes sólo la causaba una alta frecuencia de potenciales.

Este es el fundamento de la memoria. No obstante, el hipocampo no es la única región donde ocurre Potenciación a Largo Plazo. El procesamiento de memorias ocurre en otras muchas regiones, incluyendo partes de la corteza cerebral. El estudio activa varias vías por todo tu cerebro. La constante activación de estas vías creará altas frecuencias de potenciales de acción y activación postsináptica en estas vías. Ahora queda claro que estos eventos pre y postsinápticos fortalecen las conexiones en estas vías. Este fortalecimiento contribuye a que puedas recuperar el material estudiado mientras escribes tu examen.

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