La Memoria a Corto Plazo y el Hipocampo Humano

A cada estudiante de psicología de pregrado se le enseña que la memoria a corto plazo, la capacidad de tener temporalmente en mente información del pasado inmediato (por ejemplo, un número de teléfono) involucra diferentes procesos psicológicos y sustratos neuronales de la memoria a largo plazo (por ejemplo, recordar lo que sucedió ayer). Este relato dicotómico de la memoria se basa en la evidencia de disociaciones neuropsicológicas, como las que muestran los pacientes con daño al lóbulo temporal medial (MTL), que hasta ahora se pensaba que exhibían una memoria deteriorada a largo plazo, pero una memoria normal a corto plazo (Squire, 1992). En los últimos años, sin embargo, este punto de vista se ha enfrentado a desafíos considerables, dada la acumulación de evidencia que sugiere que la memoria a corto plazo y la memoria a largo plazo, en lugar de ser cualitativamente distintas, pueden de hecho compartir mecanismos neuronales subyacentes similares (para una revisión, ver Jonides et al., 2008).

Una observación reciente clave es que los pacientes con daño por MTL tienen un desempeño deficiente no solo en las tareas de memoria a largo plazo, sino también en las tareas de memoria a corto plazo que implican recordar información novedosa a intervalos breves. Mientras que la corteza peririnal parece apoyar la memoria a corto plazo para información de objetos novedosos (Brown y Aggleton, 2001), la evidencia neuropsicológica sugiere que el hipocampo es crítico cuando se involucra información asociativa (para revisión, ver Jonides et al., 2008), en línea con su función propuesta como aglutinante relacional en la memoria a largo plazo (Cohen y Eichenbaum, 1993). Por ejemplo, en un estudio reciente, los pacientes con amnesia del hipocampo tenían dificultades para recordar la ubicación de objetos nuevos, incluso con un retraso de unos segundos (Jonides et al., 2008).

Sabemos por evidencia neuropsicológica, por lo tanto, que el hipocampo es crítico para la memoria a corto plazo para la información asociativa. Lo que no está claro a partir de los datos neuropsicológicos, sin embargo, es cómo el hipocampo apoya esta función. Hannula y Ranganath (2008) utilizan imágenes por resonancia magnética funcional (IRMF) para abordar este importante problema caracterizando la actividad cerebral durante cada fase de una tarea de memoria asociativa a corto plazo y vinculando dicha actividad neuronal con el rendimiento conductual. Mientras que un enfoque de memoria posterior se ha utilizado ampliamente para estudiar la memoria de reconocimiento a largo plazo, esto no ha sido posible en experimentos anteriores de memoria a corto plazo debido al rendimiento cercano al techo que típicamente logran los sujetos. Para evitar este problema, los autores eligieron una tarea relativamente difícil para garantizar que se generara un número suficiente de ensayos correctos e incorrectos.

El paradigma utilizado comparte similitudes con una tarea conocida por ser dependiente del hipocampo según datos neuropsicológicos previos (Hartley et al., 2007). Durante la fase de muestra de cada ensayo, los sujetos vieron una escena novedosa que consta de cuatro objetos (de un conjunto de nueve objetos), cada uno en una de las nueve ubicaciones posibles en una cuadrícula de 3 × 3 . Para fomentar el uso de una estrategia alocéntrica mediada por hipocampo (o centrada en el mundo), en lugar de una estrategia egocéntrica (o centrada en el espectador) que se creía que dependía de cortezas parietales y prefrontales, se pidió a los sujetos que formaran una imagen mental de la escena girada 90° a la derecha del punto de vista original. A continuación, se les pidió que mantuvieran la representación rotada durante la fase de retardo de 11 s subsiguiente en anticipación del estímulo de la prueba. Durante la fase de prueba, se evaluó la memoria de los sujetos para las posiciones de los objetos. Esto se hizo pidiéndoles que clasificaran, presionando un botón, el estímulo de prueba de acuerdo con si constituía (1) una» coincidencia «(es decir, la escena original giraba 90°); (2)» posición de desajuste «(es decir, un objeto ocupaba una nueva ubicación); (3)» intercambio de desajustes»(es decir, dos objetos tenían ubicaciones intercambiadas). El rendimiento en todas las condiciones fue significativamente mayor que un nivel de probabilidad de 33% de respuestas correctas: 78, 65 y 60% en las pantallas de coincidencia, posición desigual y intercambio desigual, respectivamente.

Los autores realizaron por primera vez un análisis de memoria posterior contrastando ensayos correctos con ensayos incorrectos. Esto reveló que la actividad del hipocampo durante la fase de muestra predecía juicios de reconocimiento exitosos en la fase de prueba . Este hallazgo descarta una explicación problemática de que una mayor actividad neuronal durante la fase de muestra predice el éxito posterior no a través de la codificación de la información asociativa de ubicación de objetos, sino más bien de los objetos (por ejemplo, tambores, baño de pájaros) en sí mismos. De hecho, se observó una correlación de memoria posterior en la corteza peririnal de forma selectiva durante la fase de muestra, en línea con las propuestas de que esta región neural es crítica para la codificación de información específica del elemento.

Curiosamente, no hubo diferencias significativas en la actividad del hipocampo en función de la precisión durante el período de retraso. Aunque se aconseja precaución al interpretar un hallazgo nulo, este resultado sugiere que el disparo neural persistente en el hipocampo no ocurre durante el período de retraso de las tareas de memoria a corto plazo, como se cree que ocurre en la corteza entorrinal. Una posibilidad es que el hipocampo apoye la memoria a corto plazo para obtener información asociativa a través de cambios transitorios en la eficacia sináptica, en lugar de un mantenimiento activo (Jonides et al., 2008). Alternativamente, el mantenimiento activo puede ocurrir, pero por un mecanismo diferente no detectable por fMRI (por ejemplo, involucrando oscilaciones theta/gamma).

Estos resultados sugieren que el hipocampo juega un papel importante en la codificación y recuperación, pero quizás no en el mantenimiento activo, de información asociativa novedosa en la memoria a corto plazo. Pero, ¿cómo calcula el hipocampo la novedad, o por el contrario la familiaridad, del estímulo de prueba de tal manera que se pueda hacer un juicio de reconocimiento correcto? Una propuesta teórica influyente es que el hipocampo actúa como un comparador (o detector de coincidencias), identificando discrepancias entre predicciones anteriores basadas en experiencias pasadas y entradas sensoriales actuales (Norman y O’Reilly, 2003) (para una revisión, ver Kumaran y Maguire, 2007). Una estrategia para evaluar la validez de esta hipótesis es caracterizar cómo varía la actividad del hipocampo en función de la novedad o familiaridad del estímulo de prueba. La evidencia empírica consistente con las predicciones que surgen de un modelo de comparación fue proporcionada por un estudio reciente que utiliza este enfoque (Kumaran y Maguire, 2006), con actividad hipocampal observada específicamente en condiciones de coincidencia y desajuste, y no en respuesta a la mera presencia de novedad per se.

Hannula y Ranganath (2008) adoptaron un enfoque similar para investigar la naturaleza de las señales de novedad/familiaridad del hipocampo, al incluir tres tipos de ensayos que variaban de acuerdo a su similitud con el estímulo de la muestra. Los autores utilizaron un análisis de región de interés para demostrar que la activación del hipocampo durante los ensayos correctos fue mayor en relación con las pantallas de coincidencia (en comparación con las pantallas de posición y de intercambio de coincidencia). Curiosamente, cuando la novedad / familiaridad de la información asociativa es incidental a la tarea en cuestión (es decir, los sujetos no están obligados a hacer juicios explícitos de memoria de reconocimiento), se ha observado un patrón cualitativamente diferente de hallazgos con activación hipocampal máxima en condiciones de desajuste en lugar de coincidencia (Kumaran y Maguire, 2006). Antes de pasar a explicaciones «interesantes» para esta discrepancia, vale la pena considerar la influencia del rendimiento superior de los sujetos durante las pantallas de coincidencia (comparar pantallas de desajuste) en los datos neuronales observados. Aunque los autores consideraron cuidadosamente y descartaron tal efecto, sin datos de calificación de confianza, es difícil excluir por completo la posibilidad de que los sujetos puedan haber tenido más confianza en hacer juicios de coincidencia (correcta), en lugar de desajustes.

Dicho esto, la explicación más probable de los hallazgos observados es que la amplitud de las respuestas del hipocampo a entradas sensoriales nuevas (o familiares) depende de la tarea específica que se realiza. Como tal, los hallazgos observados por Hannula y Ranganath (2008) se asemejan al conocido fenómeno de «mejora de emparejamiento» observado en la corteza inferotemporal/peririnal de monos en relación con la llegada de un estímulo objetivo anticipado que coincide con el estímulo actual que se tiene en mente (Miller y Desimone, 1994) . En contraste, durante la detección automática de novedad en el entorno, el aumento de la actividad neuronal en el hipocampo puede reflejar la firma relativamente «pura» de un mecanismo comparador, libre de modulación por influencias de arriba hacia abajo (Kumaran y Maguire, 2006). Una vía importante para el trabajo futuro, por lo tanto, será explorar la importancia de las interacciones recíprocas entre el hipocampo y las cortezas prefrontales que varían de acuerdo con los requisitos específicos de la tarea (p. ej., tarea de memoria de reconocimiento explícito) y, por lo tanto, determinar la amplitud de las señales de novedad (o familiaridad) del hipocampo observadas.

En resumen, el estudio de Hannula y Ranganath (2008) complementa muy bien los datos neuropsicológicos existentes sobre la importancia del hipocampo para la memoria asociativa a corto plazo. Además, la evidencia proporcionada arroja nuevos conocimientos sobre la naturaleza de la contribución del hipocampo a la memoria a corto plazo, lo que sugiere que participa principalmente en la codificación y recuperación, pero tal vez no en el mantenimiento activo de la información asociativa. Una dirección importante para la investigación futura será desarrollar y probar empíricamente modelos computacionales formales de memoria de reconocimiento y procesamiento automático de novedad utilizando fMRI. Idealmente, estos modelos deben incluir componentes de MTL, así como interacciones modulatorias específicas de la tarea con regiones más altas (por ejemplo, corteza prefrontal). De esta manera, puede ser posible lograr una comprensión precisa de cómo se calculan la novedad y la familiaridad en el MTL y cómo estas señales son utilizadas por otras regiones cerebrales para efectuar juicios de memoria de reconocimiento exitosos y detectar automáticamente la novedad dentro de nuestro entorno sensorial.