Uno de los científicos que estudia los mecanismos fisiológicos del proceso de memorización es el ganador del Premio Nobel Eric Kandel . En sus experimentos, estudió el molusco Aplysia . Optó por ello, ya que partía del supuesto de que no existen diferencias fundamentales entre las neuronas y las sinapsis en humanos e invertebrados . Además, Aplysia tiene varias ventajas importantes:
1) el sistema nervioso Aplysia consta de aproximadamente 20.000 neuronas (mientras que en los mamíferos hay decenas de miles de millones);
2) muchos de ellos son muy grandes (hasta 1 mm de diámetro);
3) Las neuronas a menudo están coloreadas en diferentes colores y ocupan una posición estrictamente definida en los ganglios nerviosos, para que puedan identificarse fácilmente de forma individual.
Para la investigación se eligió uno de los reflejos protectores: el reflejo de retracción branquial al tocar el sifón . Cuando el animal está en reposo, las branquias se cubren con un trozo de piel que termina en un sifón. Cuando se irritan, las branquias y el sifón quedan ocultos en la cavidad del manto . Hay tres tipos principales de aprendizaje: aumento de la sensibilidad ( sensibilización ), adicción (habituación) y condicionamiento clásico (pavloviano) (desarrollo de un reflejo condicionado ). En los experimentos con Aplysia, se estudiaron todas estas formas, pero se estudió con más detalle la sensibilización, en la que el animal comienza a reaccionar con más fuerza a la estimulación externa. Con un toque al sifón, la branquia se esconde un poco en la cavidad del manto, y si antes de eso se hizo una inyección en la "cola" (parte posterior de la pata) de Aplysia, la branquia se introduce con más fuerza y por más tiempo. tiempo. El circuito reflejo de este reflejo consta de 24 neuronas sensoriales y seis neuronas motoras branquiales.
La investigación de Kandel mostró que el aprendizaje ocurre como resultado de cambios en la fuerza de las conexiones sinápticas entre las células (un cambio en la fuerza de las conexiones sinápticas es un cambio en la cantidad de neurotransmisor liberado en la hendidura sináptica con cierta fuerza de estimulación). Cambia heterosinápticamente, es decir, las células moduladoras cambian la fuerza de la sinapsis. La misma conexión sináptica se puede cambiar (fortalecer o debilitar) en diferentes formas de aprendizaje: la habituación conduce a un debilitamiento de las conexiones entre las neuronas sensoriales y sus efectoras, motoneuronas e interneuronas. La sensibilización conduce a la amplificación de los mismos conjuntos de compuestos.
En una sola sinapsis, el cambio en la fuerza de la conexión ( plasticidad sináptica ) puede ser a corto o largo plazo. Depende del número de repeticiones del estímulo de aprendizaje (pinchazo en la pierna). La memoria a largo plazo se basa no solo en un aumento de la fuerza sináptica, sino también en un aumento del número de conexiones sinápticas.
Se encontró que durante la adicción, la cantidad de mediador de glutamato liberado en la neurona sensorial disminuye. Resultó que el modulador de la fuerza sináptica es la serotonina , que libera una interneurona moduladora cuando la pierna está irritada. Con su liberación aumenta la liberación del mediador y aumenta la concentración de AMPc en la neurona sensorial que actúa sobre la motoneurona branquial. Al realizar varios experimentos, resultó que la introducción de cAMP en la neurona sensorial también aumenta la liberación del mediador.
Con la sensibilización a corto plazo (de minutos a horas), un solo impacto en la "cola" de Aplysia provoca una liberación temporal de serotonina. La serotonina actúa sobre el receptor de serotonina de membrana para activar la proteína G , que activa la adenilato ciclasa . Sintetiza cAMP , que activa la proteína quinasa A (PKA). Tras la activación, las subunidades reguladoras de PKA unidas a cAMP se separan de las subunidades catalíticas. Las subunidades catalíticas de PKA actúan sobre los canales de potasio, mientras que los iones K + abandonan la neurona sensorial más lentamente durante la fase descendente del potencial de acción, y los iones Ca2+ entran en la célula en mayor cantidad. El resultado es que se libera más mediador. La duración de estos procesos corresponde a la memoria a corto plazo.
La sensibilización a largo plazo del reflejo branquial de Aplysia conduce a dos tipos principales de cambios en las neuronas sensoriales: 1) actividad PKA sostenida; 2) Un aumento en el número de conexiones sinápticas con una neurona motora. Con la estimulación repetida de la "cola", el nivel de cAMP aumenta y permanece sin cambios durante varios minutos. Durante este tiempo, las subunidades catalíticas de PKA tienen tiempo para moverse hacia el núcleo junto con la proteína quinasa activadora de mitógenos (MAPK). En el núcleo, PKA y MAPK fosforilan y activan la proteína CREB-1 ( factor de transcripción ) y suprimen la acción de CREB-2, un inhibidor de CREB-1. Posteriormente, CREB-1 activa varios genes de respuesta temprana. Uno de ellos codifica la ubiquitina-C-hidrolasa, lo que conduce a una escisión controlada de las subunidades reguladoras de la proteína quinasa A. Esto conduce a una actividad PKA constante, como resultado de lo cual las subunidades catalíticas actúan sobre K + durante más tiempo , Ca 2+ ingresa a la neurona por más tiempo en altas concentraciones. El mediador se destaca más. A menudo hay un aumento en el número de sinapsis, su área, lo que también conduce a una mayor liberación del neurotransmisor. El crecimiento de las sinapsis está asociado con la activación de genes de respuesta tardía, que son responsables de las proteínas codificadas por otros genes de respuesta temprana.
http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2000/kandel-lecture.pdf