Por Randolph Jonsson
Traducido por Alejandro Ramos de la Peña
Los neurocientíficos han estudiado por largo tiempo los mecanismos vinculados con el proceso de aprendizaje y la formación de la memoria en el cerebro humano. A nivel celular, es aceptado que aprendemos cuando los estímulos se repiten con la frecuencia suficiente para que nuestras sinapsis – las conexiones entre las neuronas – respondan y se vuelvan más fuertes. Actualmente, un equipo de neuro-físicos de la Universidad de California en Los Angeles (UCLA) ha descubierto que este cambio en la fuerza sináptica en realidad tiene un «ritmo» o frecuencia óptima, un hallazgo que podría algún día conducir a nuevas estrategias para el tratamiento de problemas de aprendizaje.
«Muchas personas tienen problemas de aprendizaje y trastornos de la memoria, y más allá de ese grupo, la mayoría de nosotros no somos Einstein o Mozart», dijo Mayank R. Mehta, uno de los co-investigadores del estudio. «Nuestro trabajo sugiere que algunos problemas con el aprendizaje y la memoria son causados por que las sinapsis no están sintonizadas con la frecuencia adecuada.»
La tendencia que presentan las conexiones entre las neuronas a fortalecerse como respuesta a estímulos repetidos, se conoce como plasticidad sináptica. La serie de señales que una neurona recibe de las otras a las que está conectada, se conoce como «trenes de onda,» las cuales llegan con frecuencias y tiempos variables, y son estas ondas las que inducen la formación de sinapsis más fuertes, lo cual da fundamento a la expresión «la práctica hace al maestro».
En estudios previos, se demostró que la estimulación neuronal de alta frecuencia (alrededor de 100 ondas por segundo) condujo a una mayor conexión de las sinapsis, mientras que la estimulación a una frecuencia mucho más baja (un onda por segundo) en realidad reduce la fuerza sináptica. Pero en la vida real, las neuronas que llevan a cabo tareas rutinarias de comportamiento, sólo disparan 10 ondas consecutivas, no cientos, y lo hacen con una frecuencia mucho más baja – alrededor de 50 ondas por segundo.
Se ha comprobado que la generación de rangos de ondas a nivel experimental que se acerquen a los de la vida real, son realmente difíciles de lograr. Mehta explica una de las variables que se encontraron: «la frecuencia de ondas se refiere a qué tan rápido se generan. Diez ondas pueden ser generados a una frecuencia de 100 ondas por segundo o con una frecuencia de un onda por segundo.»
Sin embargo, Mehta y su co-investigador, Arvind Kumar, no permitieron que ese obstáculo los detuviera. Desarrollaron un modelo matemático complejo y lo validaron con datos reales de sus experimentos. Ahora son capaces de generar patrones de ondas cercanos a los que ocurren naturalmente, el equipo descubrió que, contrariamente a las predicciones, la estimulación de las neuronas en las frecuencias más altas, no era la manera ideal para aumentar la fuerza sináptica.
«La expectativa, basada en estudios previos, era que si se llevaba la sinapsis a una mayor frecuencia, el efecto sobre el reforzamiento sináptico, o de aprendizaje, sería al menos tan bueno como, si no mejor, que el que ocurre naturalmente a frecuencias menores», Mehta dijo. «Para nuestra sorpresa, encontramos que más allá de la frecuencia óptima, el reforzamiento sináptico disminuyó mientras las frecuencias eran mayores.»
Descubrieron que cuanto más distante está la sinapsis del cuerpo principal bulboso de la neurona, mayor es la frecuencia que se requiere para el reforzamiento óptimo. «Aunque parezca increíble, cuando se trata de aprender, la neurona se comporta como una antena gigante, con diferentes ramas de las dendritas se ajusta a distintas frecuencias para un mejor aprendizaje», dijo Mehta.
El equipo también reveló que aparte de tener frecuencias óptimas en las que ocurre el máximo aprendizaje, las sinapsis también se fortalecen cuando las frecuencias están exactamente sincronizadas en ritmos perfectos. Encontraron que alejarse del ritmo, aun con la frecuencia ideal, compromete el fortalecimiento sináptico.
La imagen muestra una neurona con una dendrita que se asemeja a un tronco de árbol. Cada forma triangular que toca a la dendrita representa una sinapsis, donde llegan las entradas de otras neuronas, llamadas puntas (las formas onduladas). Las sinapsis que están más lejos del cuerpo celular en el árbol dendrítico requieren una mayor frecuencia de onda (ondas que se acercan más en el tiempo).
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