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Cómo almacenar memoria en un cultivo de neuronas vivas

Nuevo paso para la construcción de chips con materia orgánica


Investigadores israelíes han comprobado que es posible almacenar información en un cultivo de neuronas vivas, lo que constituye un significativo paso adelante en la tecnología que pretende crear chips construidos con materia orgánica integrada. En el experimento, los investigadores encontraron “patrones de la memoria” más de cuarenta horas después de haberlos inducido. El hallazgo permite conocer mejor los mecanismos de aprendizaje en los organismos vivos y potenciará el desarrollo de las redes neuronales.

Científicos israelíes han comprobado por vez primera que la información puede almacenarse en neuronas vivas, lo que constituye un significativo paso adelante en la tecnología que pretende crear chips construidos con materia orgánica integrada, además de revelar nueva información sobre los mecanismos neuronales del aprendizaje.

Los investigadores Itay Baruchi y Eshel Ben-Jacob, de la Universidad de Tel Aviv, han publicado sus descubrimientos en la revista Physical Review E. En su artículo, Baruchi y Ben-Jacob explican que comprender cómo funciona el aprendizaje y la memoria a través de redes neuronales reales es uno de los principales desafíos de la neurociencia.

Los esfuerzos experimentales en esta dirección se han centrado en las estimulaciones eléctricas y, más recientemente, químicas, como en la presente investigación. Estas últimas permiten registrar las respuestas de las redes neuronales a determinados estímulos químicos inducidos con el fin de provocar alteraciones permanentes en los patrones de las respuestas neuronales. En su experimento, Baruchy y Ben-Jacob encontraron “patrones de la memoria” más de cuarenta horas después de haberlos inducido.

Química y memoria

Estudios anteriores ya habían demostrado que el mero hecho de unir neuronas dentro de un cultivo artificial provoca que éstas, de manera espontánea, generen patrones de funcionamiento coordinados. Baruchi y Ben-Jacop han conseguido, además, que se simultaneen diversos patrones de respuesta neuronales, que no interfirieron unos con otros.

Aplicando determinados estímulos químicos localizados en puntos de la red neuronal, ha sido posible imprimir memorias múltiples (respuestas neuronales de modalidades colectivas) a diversas partes de la red, memorias que han persistido en el tiempo (durante días).

Los estímulos químicos se realizaron colocando una micropipeta (la pipeta es un instrumento de laboratorio de medición volumétrica) sobre un pequeño grupo de neuronas a las que se inyectaron durante un microsegundo gotas microscópicas de pricotoxina (veneno que se encuentra en las semillas de los vegetales) disuelta en un medio ácido.

Memoria por fases

Los patrones de las respuestas neuronales originadas a partir de esta inyección química fueron posteriormente registrados con una serie de electrodos, demostrando así que se pueden provocar de manera deliberada y con estímulos químicos respuestas que se añadieron a la primera, espontánea, y que fueron capaces de coexistir con los patrones originales.

Para crear una nueva memoria en las neuronas, por tanto, los investigadores introdujeron pequeñas cantidades del estimulante químico en el cultivo en un lugar seleccionado. Así, el estimulante indujo un segundo patrón de respuestas, que comenzó en dicho lugar y que coexistió con el patrón original.

Veinticuatro horas más tarde, inyectaron además otros estimulantes químicos en una nueva localización de la red neuronal, emergiendo de esta forma un tercer patrón de respuesta. Los tres patrones de memoria persistieron sin interferir unos con otros durante unas 40 horas.

Aprendizaje en organismos vivos

Según explican los científicos, incluso la inyección de una única micro gota resultó suficiente para iniciar una respuesta sincronizada de las neuronas con un patrón nuevo de respuestas. La actividad de estas respuestas inducidas comenzó en los alrededores de la localización del estímulo y continuó propagándose a lo largo de un “camino” fijo.

El logro ha consistido en generar el primer conjunto de neuro-memoria de origen químico, con el que se ha demostrado que la estimulación química resulta crucial para el aprendizaje y la formación de los recuerdos en los organismos vivos, lo que impulsará el desarrollo de las redes neuronales.

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