Allana el camino para la investigación de la memoria humana
Un nuevo estudio del profesor Benny Hochner del Instituto Alexander Silberman de Ciencias de la Vida de la Universidad Hebrea y el profesor Jeff Lichtman de la Universidad de Harvard ha revelado la intrincada arquitectura neuronal que rige los enigmáticos procesos de aprendizaje del Octopus vulgaris.
Esta investigación presenta un prometedor modelo para profundizar en las redes de memoria, con implicaciones tanto para la cognición de los cefalópodos, considerados los invertebrados más inteligentes, como para una visión más amplia de los procesos de memoria, incluidos los humanos.
El pulpo, separado de nosotros por 700 millones de años de evolución, muestra habilidades cognitivas que rivalizan con los vertebrados superiores. El equipo del profesor Hochner en la Universidad Hebrea se centró en el lóbulo vertical del sistema nervioso central del pulpo, crucial para el aprendizaje y la memoria. Su objetivo era comparar redes neuronales y mecanismos entre especies.
La colaboración con el laboratorio del profesor Jeff Lichtman en la Universidad de Harvard aprovechó la innovadora preparación automatizada de tejidos y los nuevos algoritmos de reconstrucción de aprendizaje automático. Esta tecnología punta permitió cortar y clasificar secciones ultrafinas, cada una de apenas 30 millonésimas de milímetro de espesor, construyendo una representación tridimensional de los elementos estructurales que componen la red.
El profesor Hochner comentó: "Nuestros estudios anteriores revelaron un fascinante fenómeno de fortalecimiento sináptico a largo plazo (potenciación a largo plazo, LTP) incluso dentro del lóbulo vertical del pulpo. Este fenómeno, reconocido como un proceso sináptico universal esencial para el aprendizaje y la memoria, llamó nuestra atención".
Imagen: La red neuronal donde el pulpo aprende a no atacar la bola roja. Crédito: Universidad Hebrea, Universidad de Harvard
"Trazamos meticulosamente la conectividad del lóbulo vertical utilizando la precisión de un microscopio electrónico, logrando una resolución del orden de aproximadamente 4 millonésimas de milímetro. Junto con el equipo del profesor Jeff Lichtman en la Universidad de Harvard, diseñamos un sistema robótico junto con un sofisticado algoritmo computacional, excepcionalmente capaz de organizar cientos de secciones ultrafinas (cada una de solo 30 millonésimas de milímetro de espesor) en una estructura 3D completa. Este innovador enfoque nos permitió rastrear el conectoma, es decir, las intrincadas conexiones sinápticas entre los elementos neuronales que componen la red".
Bajo el liderazgo de los investigadores postdoctorales, la Dra. Flavie Bidel de la Universidad Hebrea y el Dr. Yaron Meirovitch de la Universidad de Harvard, se reconstruyó meticulosamente un diminuto volumen de tejido que representaba el lóbulo vertical para descubrir el conectoma. Mediante la aplicación de avanzados algoritmos de aprendizaje automático y anotaciones precisas, los investigadores trazaron el cableado del lóbulo vertical dentro de los cerebros de los pulpos.
Esto desafió las nociones establecidas de la funcionalidad de las redes neuronales en el contexto del aprendizaje y la memoria. A diferencia de los modelos típicos, la red del lóbulo vertical opera en una configuración de avance, como una calle de sentido único, con información solo de las neuronas de entrada a las neuronas de salida que controlan el comportamiento del pulpo.
El centro de esta simplicidad es la estructura organizativa de aproximadamente 25 millones de interneuronas, divididas en dos grupos distintos: células amacrinas simples (SAM) y células amacrinas complejas (CAM). Los SAM, que suman alrededor de 23 millones, se especializan en el aprendizaje de características visuales a través del refuerzo sináptico. En cambio, las CAM, con un total aproximado de 400.000, juegan un papel fundamental en la consolidación de los niveles de actividad.
Los dos tipos de células envían sus ramas axonales para conectarse con células más grandes en la capa de salida. Las células simples, que transmiten información "aprendida", hacen que se activen las células grandes, mientras que las células complejas las hacen menos activas, controlando cómo funciona el cerebro de manera eficiente.
Esta adaptación evolutiva subraya la destreza cognitiva única del pulpo, lo que contribuye a nuestra comprensión de los mecanismos neuronales importantes para las funciones cognitivas.
La investigación revela que Octopus vulgaris es un invaluable organismo modelo para la exploración en profundidad de las redes de adquisición de memoria y abre puertas para desentrañar aún más las complejidades de los procesos cognitivos de los cefalópodos, enriqueciendo nuestra comprensión de la memoria en varias especies.
Los hallazgos se publican en la revista eLife: Connectomics of the Octopus vulgaris vertical lobe provides insight into conserved and novel principles of a memory acquisition network
