Hipocampo
Región del cerebro de vertebrados implicada en la consolidación de la memoria

Hipocampo
El hipocampo (bulbo rosado más bajo) como parte del sistema límbico
Animación de ambos hipocampos en humanos, ubicados en los lóbulos temporales mediales del cerebro.
Detalles
Parte deLóbulo temporal
Identificadores
latínhipocampo
MallaD006624
Nombres neuronales3157
Identificación de NeuroLexbirnlex_721
TA98A14.1.09.321
TA25518
FMA275020
Términos anatómicos de la neuroanatomía
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El hipocampo ( pl.: hippocampi ; a través del latín del griego ἱππόκαμπος , ' caballito de mar ') es un componente principal del cerebro de los humanos y otros vertebrados . El hipocampo es parte del sistema límbico y desempeña papeles importantes en la consolidación de la información de la memoria de corto plazo a la memoria de largo plazo , y en la memoria espacial que permite la navegación. El hipocampo está ubicado en el alocórtex , con proyecciones neuronales en el neocórtex , en humanos [1] [2] [3] así como en otros primates. [4] El hipocampo, como palio medial , es una estructura que se encuentra en todos los vertebrados . [5] En los humanos, contiene dos partes principales entrelazadas: el hipocampo propiamente dicho (también llamado cuerno de Amón ) y el giro dentado . [6] [7]

En la enfermedad de Alzheimer (y otras formas de demencia ), el hipocampo es una de las primeras regiones del cerebro que sufre daño; [8] la pérdida de memoria a corto plazo y la desorientación se incluyen entre los síntomas iniciales. El daño al hipocampo también puede ser resultado de la falta de oxígeno ( hipoxia ), encefalitis o epilepsia del lóbulo temporal medial . Las personas con daño extenso y bilateral en el hipocampo pueden experimentar amnesia anterógrada : la incapacidad de formar y retener nuevos recuerdos .

Dado que los diferentes tipos de células neuronales están perfectamente organizados en capas en el hipocampo, este se ha utilizado con frecuencia como sistema modelo para estudiar la neurofisiología . La forma de plasticidad neuronal conocida como potenciación a largo plazo (PLP) se descubrió inicialmente que se producía en el hipocampo y se ha estudiado a menudo en esta estructura. Se cree ampliamente que la LTP es uno de los principales mecanismos neuronales mediante los cuales se almacenan los recuerdos en el cerebro.

En los roedores , como organismos modelo , el hipocampo se ha estudiado ampliamente como parte de un sistema cerebral responsable de la memoria espacial y la navegación. Muchas neuronas en el hipocampo de ratas y ratones responden como células de lugar : es decir, disparan ráfagas de potenciales de acción cuando el animal pasa por una parte específica de su entorno. Las células de lugar del hipocampo interactúan ampliamente con las células de dirección de la cabeza , cuya actividad actúa como una brújula inercial, y conjeturalmente con las células de cuadrícula en la corteza entorinal vecina . [ cita requerida ]

Nombre

Imagen 1: El hipocampo y el fórnix humanos (izquierda) comparados con los de un caballito de mar (derecha) [9]

La primera descripción de la cresta que recorre el suelo del cuerno temporal del ventrículo lateral proviene del anatomista veneciano Julio César Aranzi (1587), quien lo comparó primero con un gusano de seda y luego con un caballito de mar ( latín hippocampus , del griego ἱππόκαμπος, de ἵππος, 'caballo' + κάμπος, 'monstruo marino'). El anatomista alemán Duvernoy (1729), el primero en ilustrar la estructura, también dudó entre "caballito de mar" y "gusano de seda". "Cuerno de carnero" fue propuesto por el anatomista danés Jacob Winsløw en 1732; y una década más tarde su compatriota parisino, el cirujano de Garengeot, utilizó el cornu Ammonis – cuerno de Amón , [10] el antiguo dios egipcio que a menudo era representado con cabeza de carnero. [11]

Otra referencia apareció con el término pes hippocampi , que puede remontarse a Diemerbroeck en 1672, introduciendo una comparación con la forma de las extremidades anteriores plegadas hacia atrás y los pies palmeados del hipocampo mitológico , un monstruo marino con cuartos delanteros de caballo y cola de pez. El hipocampo fue descrito entonces como pes hippocampi major , con una protuberancia adyacente en el cuerno occipital , descrita como pes hippocampi minor y posteriormente rebautizada como calcar avis . [10] [12] El cambio de nombre del hipocampo como hipocampo mayor, y del calcar avis como hipocampo menor, se ha atribuido a Félix Vicq-d'Azyr, que sistematizó la nomenclatura de las partes del cerebro en 1786. Mayer utilizó erróneamente el término hipopótamo en 1779, y fue seguido por otros autores hasta que Karl Friedrich Burdach resolvió este error en 1829. En 1861, el hipocampo menor se convirtió en el centro de una disputa sobre la evolución humana entre Thomas Henry Huxley y Richard Owen , satirizada como la Gran Cuestión del Hipocampo . El término hipocampo menor dejó de usarse en los libros de texto de anatomía y fue eliminado oficialmente en la Nomina Anatomica de 1895. [13] Hoy en día, la estructura se llama simplemente hipocampo, [10] y el término cornu Ammonis (es decir, 'cuerno de Amón') sobrevive en los nombres de los subcampos hipocampales CA1-CA4 . [14] [6]

Relación con el sistema límbico

El término sistema límbico fue introducido en 1952 por Paul MacLean [15] para describir el conjunto de estructuras que recubren el borde profundo de la corteza (del latín limbus significa borde ): estas incluyen el hipocampo, la corteza cingulada , la corteza olfativa y la amígdala . Paul MacLean sugirió más tarde que las estructuras límbicas comprenden la base neuronal de la emoción. El hipocampo está conectado anatómicamente a partes del cerebro que están involucradas con el comportamiento emocional: el tabique , el cuerpo mamilar hipotalámico y el complejo nuclear anterior en el tálamo , y generalmente se acepta que es parte del sistema límbico. [16]

Anatomía

Imagen 2: Sección transversal del hemisferio cerebral que muestra la estructura y la ubicación del hipocampo.
Imagen 3: Sección coronal del cerebro de un mono macaco , que muestra el hipocampo (en un círculo)

El hipocampo puede verse como una cresta de tejido de materia gris , que se eleva desde el suelo de cada ventrículo lateral en la región del asta inferior o temporal. [17] [18] Esta cresta también puede verse como un pliegue hacia adentro de la arquicorteza en el lóbulo temporal medial . [19] El hipocampo solo puede verse en disecciones , ya que está oculto por el giro parahipocampal . [19] [20] La corteza se adelgaza de seis capas a las tres o cuatro capas que forman el hipocampo. [21]

El término formación hipocampal se utiliza para referirse al hipocampo propiamente dicho y sus partes relacionadas. Sin embargo, no hay consenso en cuanto a qué partes están incluidas. A veces se dice que el hipocampo incluye el giro dentado y el subículo . Algunas referencias incluyen el giro dentado y el subículo en la formación hipocampal, [1] y otras también incluyen el presubículo, el parasubículo y la corteza entorinal . [2] La disposición y las vías neuronales dentro de la formación hipocampal son muy similares en todos los mamíferos. [3]

El hipocampo, incluyendo el giro dentado, tiene la forma de un tubo curvado, que se ha comparado con un caballito de mar, y con un cuerno de carnero, que en honor al antiguo dios egipcio a menudo representado como tal toma el nombre de cornu Ammonis . Su abreviatura CA se utiliza para nombrar los subcampos hipocampales CA1, CA2, CA3 y CA4 . [20] Se puede distinguir como un área donde la corteza se estrecha en una sola capa de neuronas piramidales densamente empaquetadas , que se curvan en una forma de U apretada. Un borde de la "U", CA4, está incrustado en el giro dentado flexionado y orientado hacia atrás. Se describe que el hipocampo tiene una parte anterior y posterior (en primates ) o una parte ventral y dorsal en otros animales. Ambas partes tienen una composición similar pero pertenecen a diferentes circuitos neuronales . [22] En la rata, los dos hipocampos se parecen a un par de plátanos, unidos por los tallos por la comisura del fórnix (también llamada comisura hipocampal). En los primates , la parte del hipocampo en la parte inferior, cerca de la base del lóbulo temporal , es mucho más ancha que la parte superior. Esto significa que en la sección transversal, el hipocampo puede mostrar varias formas diferentes, dependiendo del ángulo y la ubicación del corte. [ cita requerida ]

En una sección transversal del hipocampo, incluyendo el giro dentado, se mostrarán varias capas. El giro dentado tiene tres capas de células (o cuatro si se incluye el hilio). Las capas son de afuera hacia adentro: la capa molecular , la capa molecular interna , la capa granular y el hilio . El CA3 en el hipocampo propiamente dicho tiene las siguientes capas celulares conocidas como estratos: lacunosum-moleculare, radiatum, lucidum, piramidal y oriens. CA2 y CA1 también tienen estas capas excepto el estrato lucidum . [23] [24]

La entrada al hipocampo (de diversas estructuras corticales y subcorticales) proviene de la corteza entorinal a través de la vía perforante . La corteza entorinal (EC) está conectada de manera fuerte y recíproca con muchas estructuras corticales y subcorticales, así como con el tronco encefálico. Diferentes núcleos talámicos (de los grupos anterior y de la línea media), el núcleo septal medial , el núcleo supramamilar del hipotálamo y los núcleos del rafe y el locus coeruleus del tronco encefálico envían axones a la EC, de modo que sirve como interfaz entre el neocórtex y las otras conexiones, y el hipocampo. [ cita requerida ]

El EC se encuentra en el giro parahipocampal , [2] una región cortical adyacente al hipocampo. [25] Este giro oculta el hipocampo. El giro parahipocampal está adyacente a la corteza perirrinal , que desempeña un papel importante en el reconocimiento visual de objetos complejos. También hay evidencia sustancial de que hace una contribución a la memoria, que se puede distinguir de la contribución del hipocampo. Es evidente que la amnesia completa ocurre solo cuando tanto el hipocampo como el parahipocampo están dañados. [25]

Circuito

Imagen 4: Circuito básico del hipocampo, según el dibujo de Ramón y Cajal . DG: giro dentado . Sub: subículo . EC: corteza entorinal .

La principal entrada al hipocampo es a través de la corteza entorinal (CE), mientras que su principal salida es a través de CA1 al subículo. [26] La información llega a CA1 a través de dos vías principales, directa e indirecta. Los axones de la CE que se originan en la capa III son el origen de la vía perforante directa y forman sinapsis en las dendritas apicales muy distales de las neuronas CA1. Por el contrario, los axones que se originan en la capa II son el origen de la vía indirecta, y la información llega a CA1 a través del circuito trisináptico . En la parte inicial de esta vía, los axones se proyectan a través de la vía perforante a las células granulares del giro dentado (primera sinapsis). Desde allí, la información sigue a través de las fibras musgosas a CA3 (segunda sinapsis). Desde allí, los axones CA3 llamados colaterales de Schaffer salen de la parte profunda del cuerpo celular y forman un bucle hacia las dendritas apicales y luego se extienden a CA1 (tercera sinapsis). [26] Los axones de CA1 luego se proyectan nuevamente a la corteza entorinal, completando el circuito. [27]

Las células en cesta de CA3 reciben información excitatoria de las células piramidales y luego les dan una retroalimentación inhibidora . Esta inhibición recurrente es un circuito de retroalimentación simple que puede amortiguar las respuestas excitatorias en el hipocampo. Las células piramidales dan una excitación recurrente que es un mecanismo importante que se encuentra en algunos microcircuitos de procesamiento de la memoria. [28]

Varias otras conexiones juegan papeles importantes en la función del hipocampo. [20] Más allá de la salida al EC, vías de salida adicionales van a otras áreas corticales incluyendo la corteza prefrontal . Una salida importante va a través del fórnix al área septal lateral y al cuerpo mamilar del hipotálamo (que el fórnix interconecta con el hipocampo). [19] El hipocampo recibe entrada moduladora de los sistemas de serotonina , noradrenalina y dopamina , y del núcleo reuniens del tálamo al campo CA1. Una proyección muy importante proviene del núcleo septal medial, que envía fibras estimulantes colinérgicas y de ácido gamma amino butírico (GABA) (fibras GABAérgicas) a todas las partes del hipocampo. Las entradas del núcleo septal medial juegan un papel clave en el control del estado fisiológico del hipocampo; La destrucción de este núcleo anula el ritmo theta del hipocampo y daña gravemente ciertos tipos de memoria. [29]

Regiones

Imagen 5: Ubicación y regiones del hipocampo

Se ha demostrado que las áreas del hipocampo son funcional y anatómicamente distintas. El hipocampo dorsal (DH), el hipocampo ventral (VH) y el hipocampo intermedio cumplen funciones diferentes, se proyectan con vías diferentes y tienen distintos grados de células de lugar. [30] El hipocampo dorsal sirve para la memoria espacial, la memoria verbal y el aprendizaje de información conceptual. Utilizando el laberinto de brazos radiales , se demostró que las lesiones en el DH causaban deterioro de la memoria espacial, mientras que las lesiones del VH no lo hacían. Sus vías de proyección incluyen el núcleo septal medial y el núcleo supramamilar . [31] El hipocampo dorsal también tiene más células de lugar que las regiones del hipocampo ventral e intermedio. [32]

El hipocampo intermedio tiene características superpuestas con el hipocampo ventral y dorsal. [30] Utilizando métodos de rastreo anterógrado , Cenquizca y Swanson (2007) localizaron las proyecciones moderadas a dos áreas corticales olfativas primarias y áreas prelímbicas de la corteza prefrontal medial . Esta región tiene el menor número de células de lugar. El hipocampo ventral funciona en el condicionamiento del miedo y los procesos afectivos. [33] Anagnostaras et al. (2002) demostraron que las alteraciones del hipocampo ventral reducían la cantidad de información enviada a la amígdala por el hipocampo dorsal y ventral, alterando en consecuencia el condicionamiento del miedo en ratas. [34] Históricamente, la primera hipótesis ampliamente aceptada fue que el hipocampo está involucrado en la olfacción . [35] Esta idea fue puesta en duda por una serie de estudios anatómicos que no encontraron ninguna proyección directa al hipocampo desde el bulbo olfatorio . [36] Sin embargo, trabajos posteriores confirmaron que el bulbo olfatorio se proyecta hacia la parte ventral de la corteza entorinal lateral, y el campo CA1 en el hipocampo ventral envía axones al bulbo olfatorio principal, [37] el núcleo olfatorio anterior y a la corteza olfatoria primaria. Sigue habiendo cierto interés en las respuestas olfativas del hipocampo, en particular, el papel del hipocampo en la memoria de los olores, pero pocos especialistas hoy en día creen que el olfato sea su función principal. [38] [39]

Función

Teorías de las funciones del hipocampo

A lo largo de los años, tres ideas principales sobre la función del hipocampo han dominado la literatura: la inhibición de la respuesta , la memoria episódica y la cognición espacial. La teoría de la inhibición conductual (caricaturizada por John O'Keefe y Lynn Nadel como "¡freno de golpe!") [40] fue muy popular hasta la década de 1960. Gran parte de su justificación se basaba en dos observaciones: en primer lugar, que los animales con daño en el hipocampo tienden a ser hiperactivos ; en segundo lugar, que los animales con daño en el hipocampo a menudo tienen dificultades para aprender a inhibir las respuestas que se les han enseñado previamente, especialmente si la respuesta requiere permanecer en silencio como en una prueba de evitación pasiva. El psicólogo británico Jeffrey Gray desarrolló esta línea de pensamiento en una teoría completa del papel del hipocampo en la ansiedad. [41] La teoría de la inhibición es actualmente la menos popular de las tres. [42]

La segunda gran línea de pensamiento relaciona el hipocampo con la memoria. Aunque tuvo precursores históricos, esta idea obtuvo su principal impulso de un famoso informe del neurocirujano estadounidense William Beecher Scoville y la neuropsicóloga británico-canadiense Brenda Milner [43] que describían los resultados de la destrucción quirúrgica del hipocampo al intentar aliviar las crisis epilépticas en un hombre estadounidense llamado Henry Molaison , [44] conocido hasta su muerte en 2008 como "Paciente HM". El resultado inesperado de la cirugía fue una amnesia anterógrada grave y retrógrada parcial ; Molaison fue incapaz de formar nuevos recuerdos episódicos después de su cirugía y no podía recordar ningún evento que ocurriera justo antes de su cirugía, pero sí retuvo recuerdos de eventos que ocurrieron muchos años antes que se remontan a su infancia. Este caso atrajo un interés profesional tan amplio que Molaison se convirtió en el sujeto más intensamente estudiado en la historia de la medicina. [45] En los años siguientes, también se han estudiado otros pacientes con niveles similares de daño hipocampal y amnesia (causada por accidente o enfermedad), y miles de experimentos han estudiado la fisiología de los cambios impulsados ​​por la actividad en las conexiones sinápticas en el hipocampo. Ahora hay un acuerdo universal de que los hipocampos juegan algún tipo de papel importante en la memoria; sin embargo, la naturaleza precisa de este papel sigue siendo ampliamente debatida. [46] [47] Una teoría reciente propuso -sin cuestionar su papel en la cognición espacial- que el hipocampo codifica nuevos recuerdos episódicos asociando representaciones en las células granulares recién nacidas del giro dentado y organizando esas representaciones secuencialmente en el CA3 basándose en la precesión de fase generada en la corteza entorinal . [48]

Ratas y mapas cognitivos

La tercera teoría importante sobre la función del hipocampo relaciona el hipocampo con el espacio. La teoría espacial fue defendida originalmente por O'Keefe y Nadel, quienes fueron influenciados por las teorías del psicólogo estadounidense EC Tolman sobre los " mapas cognitivos " en humanos y animales. O'Keefe y su estudiante Dostrovsky descubrieron en 1971 neuronas en el hipocampo de la rata que les parecían mostrar actividad relacionada con la ubicación de la rata dentro de su entorno. [49] A pesar del escepticismo de otros investigadores, O'Keefe y sus colaboradores, especialmente Lynn Nadel, continuaron investigando esta cuestión, en una línea de trabajo que finalmente condujo a su muy influyente libro de 1978 El hipocampo como mapa cognitivo . [50] Actualmente existe un acuerdo casi universal sobre que la función del hipocampo desempeña un papel importante en la codificación espacial, pero los detalles son ampliamente debatidos. [51]

Las investigaciones posteriores se han centrado en tratar de tender un puente entre las dos visiones principales de la función hipocampal, que se dividen entre la memoria y la cognición espacial. En algunos estudios, estas áreas se han ampliado hasta el punto de convergencia cercana. En un intento de reconciliar las dos visiones dispares, se sugiere que se adopte una visión más amplia de la función hipocampal y se la considere con un papel que abarque tanto la organización de la experiencia ( mapeo mental , según el concepto original de Tolman en 1948) como el comportamiento direccional, visto como involucrado en todas las áreas de la cognición, de modo que la función del hipocampo pueda verse como un sistema más amplio que incorpora tanto la memoria como las perspectivas espaciales en su papel que implica el uso de una amplia gama de mapas cognitivos. [52] Esto se relaciona con el conductismo intencional nacido del objetivo original de Tolman de identificar los complejos mecanismos y propósitos cognitivos que guiaban el comportamiento. [53]

También se ha propuesto que la actividad de activación de las neuronas del hipocampo está asociada espacialmente, y se sugirió que los mecanismos de memoria y planificación evolucionaron a partir de mecanismos de navegación y que sus algoritmos neuronales eran básicamente los mismos. [54]

En muchos estudios se han utilizado técnicas de neuroimagen , como la resonancia magnética funcional (fMRI), y se ha observado un papel funcional en el conflicto de aproximación-evitación . Se ha observado que el hipocampo anterior está involucrado en la toma de decisiones en el marco del procesamiento del conflicto de aproximación-evitación. Se sugiere que las funciones de memoria, cognición espacial y procesamiento de conflictos pueden verse como si trabajaran juntas y no mutuamente excluyentes. [55]

Papel en la memoria

Los psicólogos y neurocientíficos generalmente coinciden en que el hipocampo desempeña un papel importante en la formación de nuevos recuerdos sobre eventos experimentados ( memoria episódica o autobiográfica ). [47] [56] Parte de esta función es la participación del hipocampo en la detección de nuevos eventos, lugares y estímulos. [57] Algunos investigadores consideran que el hipocampo es parte de un sistema de memoria del lóbulo temporal medial más grande responsable de la memoria declarativa general (recuerdos que pueden verbalizarse explícitamente; estos incluirían, por ejemplo, la memoria de hechos además de la memoria episódica). [46] El hipocampo también codifica el contexto emocional de la amígdala . Esta es en parte la razón por la que regresar a un lugar donde ocurrió un evento emocional puede evocar esa emoción. Existe una profunda conexión emocional entre los recuerdos episódicos y los lugares. [58]

Debido a la simetría bilateral, el cerebro tiene un hipocampo en cada hemisferio cerebral . Si el daño al hipocampo ocurre solo en un hemisferio, dejando la estructura intacta en el otro hemisferio, el cerebro puede retener un funcionamiento de la memoria casi normal. [59] El daño grave al hipocampo en ambos hemisferios resulta en profundas dificultades para formar nuevos recuerdos ( amnesia anterógrada ) y a menudo también afecta los recuerdos formados antes de que ocurriera el daño ( amnesia retrógrada ). Aunque el efecto retrógrado normalmente se extiende muchos años antes del daño cerebral, en algunos casos permanecen recuerdos más antiguos. Esta retención de recuerdos más antiguos conduce a la idea de que la consolidación a lo largo del tiempo implica la transferencia de recuerdos fuera del hipocampo a otras partes del cerebro. [56] : Cap. 1  Los experimentos que utilizan el trasplante intrahipocampal de células hipocampales en primates con lesiones neurotóxicas del hipocampo han demostrado que el hipocampo es necesario para la formación y el recuerdo, pero no para el almacenamiento, de los recuerdos. [60] Se ha demostrado que la disminución del volumen de diversas partes del hipocampo en las personas conduce a alteraciones específicas de la memoria. En particular, la eficiencia de la retención de la memoria verbal está relacionada con las partes anteriores del hipocampo derecho e izquierdo. La cabeza derecha del hipocampo está más involucrada en las funciones ejecutivas y la regulación durante la evocación de la memoria verbal. La cola del hipocampo izquierdo tiende a estar estrechamente relacionada con la capacidad de memoria verbal. [61]

Los daños en el hipocampo no afectan a algunos tipos de memoria, como la capacidad de aprender nuevas habilidades (tocar un instrumento musical o resolver ciertos tipos de rompecabezas, por ejemplo). Este hecho sugiere que dichas capacidades dependen de diferentes tipos de memoria ( memoria procedimental ) y de diferentes regiones cerebrales. Además, los pacientes amnésicos muestran con frecuencia una memoria "implícita" de experiencias incluso en ausencia de conocimiento consciente. Por ejemplo, los pacientes a los que se les pide que adivinen cuál de dos caras han visto más recientemente pueden dar la respuesta correcta la mayoría de las veces a pesar de afirmar que nunca han visto ninguna de las caras antes. Algunos investigadores distinguen entre el recuerdo consciente , que depende del hipocampo, y la familiaridad , que depende de porciones del lóbulo temporal medial. [62]

Cuando las ratas se exponen a un evento de aprendizaje intenso, pueden retener un recuerdo de por vida del evento incluso después de una sola sesión de entrenamiento. El recuerdo de tal evento parece almacenarse primero en el hipocampo, pero este almacenamiento es transitorio. Gran parte del almacenamiento a largo plazo de la memoria parece tener lugar en la corteza cingulada anterior . [63] Cuando se aplicó experimentalmente un evento de aprendizaje tan intenso, aparecieron más de 5000 regiones de ADN metiladas de forma diferente en el genoma neuronal del hipocampo de las ratas una hora y 24 horas después del entrenamiento. [64] Estas alteraciones en el patrón de metilación ocurrieron en muchos genes que estaban regulados a la baja , a menudo debido a la formación de nuevos sitios de 5-metilcitosina en regiones ricas en CpG del genoma. Además, muchos otros genes estaban regulados al alza , probablemente a menudo debido a la eliminación de grupos metilo de 5-metilcitosinas (5mCs) previamente existentes en el ADN. La desmetilación de 5mC puede llevarse a cabo por varias proteínas que actúan en conjunto, incluidas las enzimas TET, así como las enzimas de la vía de reparación por escisión de bases de ADN (ver Epigenética en el aprendizaje y la memoria ).

Modelo de interferencia de memoria entre sistemas

El modelo de interferencia de la memoria entre sistemas describe la inhibición de los sistemas de memoria no hipocampales durante la actividad hipocampal concurrente. En concreto, Fraser Sparks, Hugo Lehmann y Robert Sutherland [65] descubrieron que cuando el hipocampo estaba inactivo, los sistemas no hipocampales ubicados en otras partes del cerebro consolidaban la memoria en su lugar. Sin embargo, cuando el hipocampo se reactivaba, los rastros de memoria consolidados por los sistemas no hipocampales no se recordaban, lo que sugiere que el hipocampo interfiere en la consolidación de la memoria a largo plazo en otros sistemas relacionados con la memoria.

Una de las principales implicaciones que ilustra este modelo son los efectos dominantes del hipocampo en las redes no hipocampales cuando la información es incongruente. Con esta información en mente, las direcciones futuras podrían conducir al estudio de estos sistemas de memoria no hipocampales a través de la inactivación hipocampal, expandiendo aún más los constructos lábiles de la memoria. Además, muchas teorías de la memoria se basan holísticamente en el hipocampo. Este modelo podría agregar información beneficiosa a la investigación del hipocampo y las teorías de la memoria, como la teoría de trazas múltiples . Por último, el modelo de interferencia de memoria entre sistemas permite a los investigadores evaluar sus resultados en un modelo de sistemas múltiples , lo que sugiere que algunos efectos pueden no estar mediados simplemente por una porción del cerebro.

Papel en la memoria espacial y la navegación

Imagen 6: Patrones de activación espacial de 8 células de lugar registrados en la capa CA1 de una rata. La rata corrió de un lado a otro por una pista elevada, deteniéndose en cada extremo para comer una pequeña recompensa de comida. Los puntos indican las posiciones en las que se registraron los potenciales de acción y el color indica qué neurona emitió ese potencial de acción .

Estudios en ratas y ratones que se mueven libremente han demostrado que muchas neuronas del hipocampo actúan como células de lugar que se agrupan en campos de lugar , y estos disparan ráfagas de potenciales de acción cuando el animal pasa por una ubicación particular. Esta actividad neuronal relacionada con el lugar en el hipocampo también se ha informado en monos que se movieron alrededor de una habitación mientras estaban en una silla de sujeción. [66] Sin embargo, las células de lugar pueden haberse disparado en relación con el lugar donde miraba el mono en lugar de su ubicación real en la habitación. [67] Durante muchos años, se han realizado muchos estudios sobre respuestas de lugar en roedores, que han proporcionado una gran cantidad de información. [51] Las respuestas de las células de lugar se muestran por células piramidales en el hipocampo y por células granulares en el giro dentado . Otras células en menor proporción son interneuronas inhibidoras , y estas a menudo muestran variaciones relacionadas con el lugar en su tasa de disparo que son mucho más débiles. Hay poca, si es que hay alguna, topografía espacial en la representación; En general, las células que se encuentran una al lado de la otra en el hipocampo tienen patrones de activación espacial no correlacionados. Las células de lugar suelen estar casi en silencio cuando una rata se mueve fuera del campo de lugar, pero alcanzan frecuencias sostenidas de hasta 40 Hz cuando la rata está cerca del centro. La actividad neuronal muestreada de 30 a 40 células de lugar elegidas al azar lleva suficiente información para permitir que la ubicación de una rata se reconstruya con alta confianza. El tamaño de los campos de lugar varía en un gradiente a lo largo de la longitud del hipocampo, con células en el extremo dorsal que muestran los campos más pequeños, células cerca del centro que muestran campos más grandes y células en la punta ventral que muestran campos que cubren todo el entorno. [51] En algunos casos, la frecuencia de activación de las células del hipocampo depende no solo del lugar sino también de la dirección en la que se mueve una rata, el destino hacia el que viaja u otras variables relacionadas con la tarea. [68] La activación de las células de lugar se sincroniza en relación con las ondas theta locales, un proceso denominado precesión de fase . [69]

En humanos, se han reportado células con patrones de activación específicos de la ubicación durante un estudio de pacientes con epilepsia resistente a fármacos . Se sometieron a un procedimiento invasivo para localizar la fuente de sus convulsiones , con vistas a una resección quirúrgica. A los pacientes se les implantaron electrodos de diagnóstico en el hipocampo y luego usaron una computadora para moverse en una ciudad de realidad virtual . [70] Estudios similares de imágenes cerebrales en navegación han demostrado que el hipocampo está activo. [71] Se realizó un estudio en taxistas. Los taxistas de Londres necesitan aprender las ubicaciones de una gran cantidad de lugares y las rutas más rápidas entre ellos para pasar una prueba estricta conocida como The Knowledge para obtener una licencia para operar. Un estudio mostró que la parte posterior del hipocampo es más grande en estos conductores que en el público en general, y que existe una correlación positiva entre el tiempo de servicio como conductor y el aumento del volumen de esta parte. También se encontró que el volumen total del hipocampo no varió, ya que el aumento observado en la parte posterior se produjo a expensas de la parte anterior, que mostró una disminución relativa en el tamaño. No se han reportado efectos adversos de esta disparidad en las proporciones del hipocampo. [72] Otro estudio mostró hallazgos opuestos en individuos ciegos. La parte anterior del hipocampo derecho era más grande y la parte posterior era más pequeña, en comparación con los individuos videntes. [73]

Existen varias células de navegación en el cerebro que se encuentran en el propio hipocampo o que están fuertemente conectadas a él, como las células de velocidad presentes en la corteza entorinal medial . Juntas, estas células forman una red que sirve como memoria espacial. Las primeras de estas células descubiertas en la década de 1970 fueron las células de lugar, que llevaron a la idea de que el hipocampo actúa para dar una representación neuronal del entorno en un mapa cognitivo . [50] Cuando el hipocampo es disfuncional, la orientación se ve afectada; las personas pueden tener dificultades para recordar cómo llegaron a un lugar y cómo proceder más adelante. Perderse es un síntoma común de amnesia. [74] Los estudios con animales han demostrado que se requiere un hipocampo intacto para el aprendizaje inicial y la retención a largo plazo de algunas tareas de memoria espacial , en particular las que requieren encontrar el camino hacia un objetivo oculto. [75] [76] [77] [78] Se han descubierto otras células desde el hallazgo de las células de lugar en el cerebro de los roedores que se encuentran en el hipocampo o en la corteza entorinal. Estas se han asignado como células de dirección de la cabeza , células de cuadrícula y células límite . [51] [79] Se cree que las células de velocidad proporcionan información a las células de cuadrícula del hipocampo.

Papel en el procesamiento de conflictos de aproximación-evitación

El conflicto de aproximación-evitación ocurre cuando se presenta una situación que puede ser gratificante o castigadora, y la toma de decisiones resultante se ha asociado con la ansiedad . [80] Los hallazgos de fMRI de estudios sobre toma de decisiones de aproximación-evitación encontraron evidencia de un papel funcional que no se explica ni por la memoria de largo plazo ni por la cognición espacial. Los hallazgos generales mostraron que el hipocampo anterior es sensible al conflicto y que puede ser parte de una red cortical y subcortical más grande que se considera importante en la toma de decisiones en condiciones inciertas. [80]

Una revisión hace referencia a una serie de estudios que muestran la participación del hipocampo en tareas de conflicto. Los autores sugieren que uno de los desafíos es comprender cómo se relaciona el procesamiento de conflictos con las funciones de navegación espacial y memoria y cómo todas estas funciones no tienen por qué ser mutuamente excluyentes. [55]

Papel en la memoria social

El hipocampo ha recibido una renovada atención por su papel en la memoria social. Los sujetos epilépticos humanos con electrodos de profundidad en el hipocampo posterior izquierdo, anterior izquierdo o anterior derecho demuestran respuestas celulares individuales y diferenciadas cuando se les presentan rostros de personas famosas presumiblemente reconocibles. [81] Las asociaciones entre la identidad facial y vocal se mapearon de manera similar en el hipocampo de los monos rheseus. Las neuronas individuales en el CA1 y CA3 respondieron fuertemente al reconocimiento de estímulos sociales por MRI. El CA2 no se distinguió, y probablemente comprenda una proporción de las células CA1 reclamadas en el estudio. [82] Las subregiones CA2 dorsal y CA1 ventral del hipocampo se han implicado en el procesamiento de la memoria social. La inactivación genética de las neuronas piramidales CA2 conduce a una pérdida pronunciada de la memoria social, al tiempo que mantiene intacta la sociabilidad en ratones. [83] De manera similar, las neuronas piramidales CA1 ventrales también han demostrado ser críticas para la memoria social bajo control optogenético en ratones. [84] [85]

Electroencefalografía

Imagen 7: Ejemplos de actividad neuronal CA1 y EEG del hipocampo de rata en los modos theta (despierto/en acción) y LIA ( sueño de ondas lentas ). Cada gráfico muestra 20 segundos de datos, con un trazo de EEG del hipocampo en la parte superior, rásteres de picos de 40 células piramidales CA1 registradas simultáneamente en el medio (cada línea de ráster representa una célula diferente) y un gráfico de velocidad de carrera en la parte inferior. El gráfico superior representa un período de tiempo durante el cual la rata estaba buscando activamente bolitas de comida dispersas. En el gráfico inferior, la rata estaba dormida.

El hipocampo muestra dos "modos" principales de actividad, cada uno asociado con un patrón distinto de actividad de la población neuronal y ondas de actividad eléctrica medidas mediante un electroencefalograma (EEG). Estos modos reciben su nombre de los patrones de EEG asociados con ellos: theta y actividad irregular grande (LIA). Las principales características que se describen a continuación corresponden a la rata, que es el animal más estudiado. [86]

El modo theta aparece durante estados de comportamiento activo y alerta (especialmente locomoción), y también durante el sueño REM (soñando). [87] En el modo theta, el EEG está dominado por grandes ondas regulares con un rango de frecuencia de 6 a 9 Hz , y los principales grupos de neuronas del hipocampo ( células piramidales y células granulares ) muestran una actividad poblacional escasa, lo que significa que en cualquier intervalo de tiempo corto, la gran mayoría de las células están en silencio, mientras que la pequeña fracción restante se dispara a tasas relativamente altas, hasta 50 picos en un segundo para las más activas de ellas. Una célula activa generalmente permanece activa durante medio segundo o unos pocos segundos. A medida que la rata se comporta, las células activas se silencian y nuevas células se activan, pero el porcentaje general de células activas permanece más o menos constante. En muchas situaciones, la actividad celular está determinada en gran medida por la ubicación espacial del animal, pero otras variables de comportamiento también influyen claramente en ella.

El modo LIA aparece durante el sueño de ondas lentas (sin soñar) y también durante estados de inmovilidad en estado de vigilia, como el descanso o la alimentación. [87] En el modo LIA, el EEG está dominado por ondas agudas que son grandes desviaciones de la señal del EEG cronometradas aleatoriamente que duran entre 25 y 50 milisegundos. Las ondas agudas se generan con frecuencia en series, con series que contienen hasta 5 o más ondas agudas individuales y duran hasta 500 ms. La actividad de picos de las neuronas dentro del hipocampo está altamente correlacionada con la actividad de ondas agudas. La mayoría de las neuronas disminuyen su tasa de disparo entre ondas agudas; sin embargo, durante una onda aguda, hay un aumento dramático en la tasa de disparo en hasta el 10% de la población del hipocampo.

Estos dos modos de actividad hipocampal se pueden observar tanto en primates como en ratas, con la excepción de que ha sido difícil observar una ritmicidad theta robusta en el hipocampo de los primates. Sin embargo, existen ondas agudas cualitativamente similares y cambios similares dependientes del estado en la actividad de la población neuronal. [88]

Ritmo theta

Imagen 8: Ejemplo de una onda theta de EEG de un segundo

Las corrientes subyacentes que producen la onda theta son generadas principalmente por capas neuronales densamente compactas de la corteza entorinal, CA3, y las dendritas de las células piramidales. La onda theta es una de las señales más grandes observadas en el EEG, y se conoce como el ritmo theta del hipocampo . [89] En algunas situaciones, el EEG está dominado por ondas regulares de 3 a 10 Hz, que a menudo continúan durante muchos segundos. Estas reflejan potenciales de membrana subumbral y modulan fuertemente la activación de las neuronas del hipocampo y se sincronizan a través del hipocampo en un patrón de onda viajera. [90] El circuito trisináptico es un relé de neurotransmisión en el hipocampo que interactúa con muchas regiones cerebrales. A partir de estudios con roedores, se ha propuesto que el circuito trisináptico genera el ritmo theta del hipocampo. [91]

La ritmicidad theta es muy obvia en conejos y roedores y también está claramente presente en gatos y perros. Aún no está claro si theta puede verse en primates. [92] En ratas (los animales que han sido estudiados más extensamente), theta se ve principalmente en dos condiciones: primero, cuando un animal camina o interactúa activamente de alguna otra manera con su entorno; segundo, durante el sueño REM . [93] La función de theta aún no ha sido explicada de manera convincente, aunque se han propuesto numerosas teorías. [86] La hipótesis más popular ha sido relacionarla con el aprendizaje y la memoria. Un ejemplo sería la fase con la que los ritmos theta, en el momento de la estimulación de una neurona, dan forma al efecto de esa estimulación sobre sus sinapsis. Lo que se quiere decir aquí es que los ritmos theta pueden afectar aquellos aspectos del aprendizaje y la memoria que dependen de la plasticidad sináptica . [94] Está bien establecido que las lesiones del tabique medial  , el nódulo central del sistema theta, causan graves alteraciones de la memoria. [95] Sin embargo, el tabique medial es más que sólo el controlador de theta; también es la principal fuente de proyecciones colinérgicas al hipocampo. [20] No se ha establecido que las lesiones septales ejerzan sus efectos específicamente eliminando el ritmo theta. [96]

Ondas agudas

Durante el sueño o durante el descanso, cuando un animal no está en contacto con su entorno, el EEG del hipocampo muestra un patrón de ondas lentas irregulares, algo mayores en amplitud que las ondas theta. Este patrón se interrumpe ocasionalmente por grandes sobretensiones llamadas ondas agudas . [97] Estos eventos están asociados con ráfagas de actividad de picos que duran de 50 a 100 milisegundos en las células piramidales de CA3 y CA1. También están asociados con oscilaciones de EEG de alta frecuencia de corta duración llamadas "ondulaciones", con frecuencias en el rango de 150 a 200 Hz en ratas, y juntas se conocen como ondas agudas y ondulaciones . Las ondas agudas son más frecuentes durante el sueño cuando ocurren a una tasa promedio de alrededor de 1 por segundo (en ratas) pero en un patrón temporal muy irregular. Las ondas agudas son menos frecuentes durante los estados de vigilia inactivos y generalmente son más pequeñas. También se han observado ondas agudas en humanos y monos. En los macacos, las ondas agudas son robustas pero no ocurren con tanta frecuencia como en las ratas. [88]

Uno de los aspectos más interesantes de las ondas agudas es que parecen estar asociadas con la memoria. Wilson y McNaughton 1994, [98] y numerosos estudios posteriores informaron que cuando las células de lugar del hipocampo tienen campos de activación espacial superpuestos (y, por lo tanto, a menudo se activan casi simultáneamente), tienden a mostrar una actividad correlacionada durante el sueño después de la sesión conductual. Se ha descubierto que esta mejora de la correlación, comúnmente conocida como reactivación , ocurre principalmente durante las ondas agudas. [99] Se ha propuesto que las ondas agudas son, de hecho, reactivaciones de patrones de actividad neuronal que se memorizaron durante el comportamiento, impulsados ​​​​por el fortalecimiento de las conexiones sinápticas dentro del hipocampo. [100] Esta idea forma un componente clave de la teoría de la "memoria de dos etapas", [101] defendida por Buzsáki y otros, que propone que los recuerdos se almacenan dentro del hipocampo durante el comportamiento y luego se transfieren al neocórtex durante el sueño. Las ondas agudas en la teoría de Hebb se consideran estimulaciones repetidas de manera persistente por las células presinápticas o postsinápticas que, según se sugiere, impulsan cambios sinápticos en los objetivos corticales de las vías de salida del hipocampo. [102] La supresión de ondas agudas y ondulaciones durante el sueño o la inmovilidad puede interferir con los recuerdos expresados ​​a nivel del comportamiento, [103] [104] no obstante, el código de células de lugar CA1 recién formado puede resurgir incluso después de un sueño con ondas agudas y ondulaciones abolidas, en tareas espacialmente no exigentes. [105]

Potenciación a largo plazo

Desde al menos la época de Ramón y Cajal (1852-1934), los psicólogos han especulado que el cerebro almacena la memoria alterando la fuerza de las conexiones entre neuronas que están activas simultáneamente. [106] Esta idea fue formalizada por Donald Hebb en 1949, [107] pero durante muchos años permaneció sin explicación. En 1973, Tim Bliss y Terje Lømo describieron un fenómeno en el hipocampo del conejo que parecía cumplir con las especificaciones de Hebb: un cambio en la capacidad de respuesta sináptica inducido por una activación fuerte y breve y que dura horas o días o más. [108] Este fenómeno pronto fue denominado potenciación a largo plazo (PLP). Como mecanismo candidato para la memoria a largo plazo , la LTP ha sido estudiada intensivamente desde entonces y se ha aprendido mucho sobre ella. Sin embargo, se reconoce que la complejidad y variedad de las cascadas de señalización intracelular que pueden desencadenar la LTP impiden una comprensión más completa. [109]

El hipocampo es un sitio particularmente favorable para estudiar la LTP debido a sus capas densamente empaquetadas y claramente definidas de neuronas, pero también se han observado tipos similares de cambio sináptico dependiente de la actividad en muchas otras áreas del cerebro. [110] La forma mejor estudiada de LTP se ha visto en CA1 del hipocampo y ocurre en sinapsis que terminan en espinas dendríticas y usan el neurotransmisor glutamato . [109] Los cambios sinápticos dependen de un tipo especial de receptor de glutamato , el receptor N -metil-D-aspartato (NMDA) , un receptor de la superficie celular que tiene la propiedad especial de permitir que el calcio ingrese a la espina postsináptica solo cuando la activación presináptica y la despolarización postsináptica ocurren al mismo tiempo. [111] Los medicamentos que interfieren con los receptores NMDA bloquean la LTP y tienen efectos importantes en algunos tipos de memoria, especialmente la memoria espacial. Los ratones modificados genéticamente que se modifican para desactivar el mecanismo de LTP, también muestran generalmente déficits de memoria graves. [111]

Trastornos

Envejecimiento

Las condiciones relacionadas con la edad, como la enfermedad de Alzheimer y otras formas de demencia (para las cuales la alteración del hipocampo es uno de los primeros signos [112] ) tienen un impacto grave en muchos tipos de cognición , incluida la memoria . Incluso el envejecimiento normal se asocia con una disminución gradual de algunos tipos de memoria, incluida la memoria episódica y la memoria de trabajo (o memoria de corto plazo ). Debido a que se piensa que el hipocampo juega un papel central en la memoria, ha habido un interés considerable en la posibilidad de que las disminuciones relacionadas con la edad podrían ser causadas por el deterioro del hipocampo. [113] : 105  Algunos estudios tempranos informaron una pérdida sustancial de neuronas en el hipocampo de personas mayores , pero estudios posteriores que utilizaron técnicas más precisas encontraron solo diferencias mínimas. [113] De manera similar, algunos estudios de resonancia magnética han informado una contracción del hipocampo en personas mayores, pero otros estudios no han podido reproducir este hallazgo. Sin embargo, existe una relación confiable entre el tamaño del hipocampo y el rendimiento de la memoria; de modo que donde hay una contracción relacionada con la edad, el rendimiento de la memoria se verá afectado. [113] : 107  También hay informes de que las tareas de memoria tienden a producir menos activación del hipocampo en los ancianos que en los jóvenes. [113] : 107  Además, un ensayo de control aleatorio publicado en 2011 encontró que el ejercicio aeróbico podría aumentar el tamaño del hipocampo en adultos de 55 a 80 años y también mejorar la memoria espacial. [114]

Estrés

El hipocampo contiene altos niveles de receptores de glucocorticoides , lo que lo hace más vulnerable al estrés a largo plazo que la mayoría de las otras áreas del cerebro . [115] Hay evidencia de que los humanos que han experimentado estrés traumático severo y duradero muestran atrofia del hipocampo más que de otras partes del cerebro. [116] Estos efectos aparecen en el trastorno de estrés postraumático , [117] y pueden contribuir a la atrofia hipocampal reportada en la esquizofrenia [118] y la depresión severa . [119] El volumen hipocampal anterior en los niños está correlacionado positivamente con los ingresos familiares de los padres y se cree que esta correlación está mediada por el estrés relacionado con los ingresos. [120] Un estudio reciente también ha revelado atrofia como resultado de la depresión, pero esto se puede detener con antidepresivos incluso si no son efectivos para aliviar otros síntomas. [121]

El estrés crónico que produce niveles elevados de glucocorticoides , en particular de cortisol , se considera una causa de atrofia neuronal en el hipocampo. Esta atrofia produce un volumen hipocampal menor, que también se observa en el síndrome de Cushing . Los niveles más elevados de cortisol en el síndrome de Cushing suelen ser el resultado de medicamentos que se toman para otras afecciones. [122] [123] La pérdida neuronal también se produce como resultado de una neurogénesis deteriorada. Otro factor que contribuye a un volumen hipocampal menor es la retracción dendrítica, en la que las dendritas se acortan en longitud y se reducen en número, en respuesta al aumento de glucocorticoides. Esta retracción dendrítica es reversible. [123] Después del tratamiento con medicamentos para reducir el cortisol en el síndrome de Cushing, se observa que el volumen hipocampal se restaura hasta en un 10 %. [122] Se observa que este cambio se debe a la reformación de las dendritas. [123] Esta restauración dendrítica también puede ocurrir cuando se elimina el estrés. Sin embargo, existen evidencias derivadas principalmente de estudios realizados con ratas de que el estrés que se produce poco después del nacimiento puede afectar la función hipocampal de maneras que persisten durante toda la vida. [124] : 170–171 

También se ha demostrado que las respuestas específicas del sexo al estrés en la rata tienen un efecto sobre el hipocampo. El estrés crónico en la rata macho mostró retracción dendrítica y pérdida de células en la región CA3, pero esto no se observó en la hembra. Se pensó que esto se debía a las hormonas ováricas neuroprotectoras. [125] [126] En ratas, el daño del ADN aumenta en el hipocampo en condiciones de estrés. [127]

Epilepsia

Imagen 9: EEG que muestra el inicio de una convulsión epiléptica en el hipocampo derecho.
Imagen 10: EEG que muestra el inicio de una convulsión epiléptica en el hipocampo izquierdo.

El hipocampo es una de las pocas regiones cerebrales donde se generan nuevas neuronas. Este proceso de neurogénesis se limita al giro dentado. [128] La producción de nuevas neuronas puede verse afectada positivamente por el ejercicio o negativamente por las convulsiones epilépticas . [128]

Las convulsiones en la epilepsia del lóbulo temporal pueden afectar el desarrollo normal de nuevas neuronas y pueden causar daño tisular. La esclerosis hipocampal, incluida la esclerosis del asta de Amón que es específica del lóbulo temporal mesial, es el tipo más común de este daño tisular. [129] [130] Sin embargo, aún no está claro si la epilepsia generalmente es causada por anomalías del hipocampo o si el hipocampo está dañado por los efectos acumulativos de las convulsiones. [131] Sin embargo, en entornos experimentales donde se inducen convulsiones repetidas artificialmente en animales, el daño hipocampal es un resultado frecuente. Esto puede ser una consecuencia de la concentración de receptores de glutamato excitables en el hipocampo. La hiperexcitabilidad puede conducir a citotoxicidad y muerte celular. [123] También puede tener algo que ver con el hipocampo, que es un sitio donde se siguen creando nuevas neuronas a lo largo de la vida, [128] y con anomalías en este proceso. [123]

Esquizofrenia

Las causas de la esquizofrenia no se comprenden bien, pero se han descrito numerosas anomalías de la estructura cerebral. Las alteraciones más investigadas afectan a la corteza cerebral, pero también se han descrito efectos en el hipocampo. Muchos informes han encontrado reducciones en el tamaño del hipocampo en personas con esquizofrenia. [132] [133] El hipocampo izquierdo parece verse afectado más que el derecho. [132] Se ha aceptado en gran medida que los cambios observados son el resultado de un desarrollo anormal. No está claro si las alteraciones hipocampales desempeñan algún papel en la causa de los síntomas psicóticos que son la característica más importante de la esquizofrenia. Se ha sugerido que, sobre la base del trabajo experimental con animales, la disfunción hipocampal podría producir una alteración de la liberación de dopamina en los ganglios basales , lo que afecta indirectamente a la integración de la información en la corteza prefrontal . [134] También se ha sugerido que la disfunción hipocampal podría explicar las alteraciones de la memoria a largo plazo observadas con frecuencia. [135]

Los estudios de resonancia magnética han descubierto un volumen cerebral más pequeño y ventrículos más grandes en personas con esquizofrenia; sin embargo, los investigadores no saben si la contracción se debe a la esquizofrenia o a la medicación. [136] [137] Se ha demostrado que el hipocampo y el tálamo tienen un volumen reducido y que el volumen del globo pálido aumenta. Los patrones corticales se alteran y se ha observado una reducción del volumen y el grosor de la corteza, en particular en los lóbulos frontal y temporal. Además, se ha propuesto que muchos de los cambios observados están presentes al comienzo del trastorno, lo que da peso a la teoría de que existe un desarrollo neurológico anormal. [138]

El hipocampo ha sido visto como central para la patología de la esquizofrenia, tanto en los efectos neuronales como fisiológicos. [132] Se ha aceptado generalmente que hay una conectividad sináptica anormal subyacente a la esquizofrenia. Varias líneas de evidencia implican cambios en la organización y conectividad sináptica, en y desde el hipocampo [132] Muchos estudios han encontrado disfunción en el circuito sináptico dentro del hipocampo y su actividad en la corteza prefrontal. Se ha visto que las vías glutamatérgicas están ampliamente afectadas. El subcampo CA1 se ve como el menos involucrado de los otros subcampos, [132] [139] y CA4 y el subículo se han reportado en otros lugares como las áreas más implicadas. [139] La revisión concluyó que la patología podría deberse a la genética, al desarrollo neurológico defectuoso o a una plasticidad neuronal anormal. Se concluyó además que la esquizofrenia no se debe a ningún trastorno neurodegenerativo conocido. [132] El daño oxidativo del ADN aumenta sustancialmente en el hipocampo de pacientes ancianos con esquizofrenia crónica . [140]

Amnesia global transitoria

La amnesia global transitoria es una pérdida repentina, dramática, temporal y casi total de la memoria a corto plazo. Se han planteado diversas hipótesis sobre sus causas, entre ellas la isquemia, la epilepsia, la migraña [141] y la alteración del flujo sanguíneo venoso cerebral [142] , que conducen a la isquemia de estructuras como el hipocampo, que intervienen en la memoria. [143]

No se ha demostrado científicamente que haya alguna causa. Sin embargo, estudios de resonancia magnética ponderados por difusión realizados entre 12 y 24 horas después de un episodio han demostrado que hay pequeñas lesiones puntiformes en el hipocampo. Estos hallazgos han sugerido una posible implicación de las neuronas CA1, que se vuelven vulnerables por el estrés metabólico. [141]

Trastorno de estrés postraumático (TEPT)

Algunos estudios muestran una correlación entre el volumen reducido del hipocampo y el trastorno de estrés postraumático (TEPT). [144] [145] [146] Un estudio de veteranos de guerra de Vietnam con TEPT mostró una reducción del 20% en el volumen de su hipocampo en comparación con los veteranos que no habían sufrido tales síntomas. [147] Este hallazgo no se replicó en pacientes con TEPT crónico traumatizados en un accidente aéreo de exhibición aérea en 1988 (Ramstein, Alemania). [148] También es el caso de que los hermanos gemelos no combatientes de veteranos de Vietnam con TEPT también tenían hipocampos más pequeños que otros controles, lo que plantea preguntas sobre la naturaleza de la correlación. [149] Un estudio de 2016 fortaleció la teoría de que un hipocampo más pequeño aumenta el riesgo de trastorno de estrés postraumático, y un hipocampo más grande aumenta la probabilidad de un tratamiento eficaz. [150]

Microcefalia

La atrofia del hipocampo se ha caracterizado en personas con microcefalia , [151] y los modelos de ratón con mutaciones WDR62 que recapitulan mutaciones puntuales humanas mostraron una deficiencia en el desarrollo del hipocampo y la neurogénesis. [152]

Otros animales

Imagen 11: Dibujo del patólogo italiano Camillo Golgi de un hipocampo teñido con el método del nitrato de plata.

Otros mamíferos

El hipocampo tiene una apariencia similar en general en todos los mamíferos, desde los monotremas como el equidna hasta los primates como los humanos. [153] La relación entre el tamaño del hipocampo y el tamaño del cuerpo aumenta considerablemente, siendo aproximadamente el doble en los primates que en el equidna. Sin embargo, no aumenta a una tasa cercana a la relación entre el neocórtex y el tamaño del cuerpo. Por lo tanto, el hipocampo ocupa una fracción mucho mayor del manto cortical en los roedores que en los primates. En los humanos adultos, el volumen del hipocampo en cada lado del cerebro es de aproximadamente 3,0 a 3,5 cm3 en comparación con los 320 a 420 cm3 del volumen del neocórtex. [154]

También existe una relación general entre el tamaño del hipocampo y la memoria espacial. Cuando se hacen comparaciones entre especies similares, las que tienen una mayor capacidad de memoria espacial tienden a tener volúmenes hipocampales mayores. [155] Esta relación también se extiende a las diferencias sexuales; en especies donde los machos y las hembras muestran fuertes diferencias en la capacidad de memoria espacial también tienden a mostrar diferencias correspondientes en el volumen del hipocampo. [156]

Otros vertebrados

Las especies no mamíferas no tienen una estructura cerebral que se parezca al hipocampo de los mamíferos, pero tienen una que se considera homóloga a él. El hipocampo, como se señaló anteriormente, es en esencia parte del alocórtex. Solo los mamíferos tienen una corteza completamente desarrollada, pero la estructura de la que evolucionó, llamada palio , está presente en todos los vertebrados, incluso en los más primitivos como la lamprea o el pez bruja . [157] El palio suele dividirse en tres zonas: medial, lateral y dorsal. El palio medial forma el precursor del hipocampo. No se parece al hipocampo visualmente porque las capas no están deformadas en forma de S ni envueltas por el giro dentado, pero la homología está indicada por fuertes afinidades químicas y funcionales. Ahora hay evidencia de que estas estructuras similares al hipocampo están involucradas en la cognición espacial en aves, reptiles y peces. [158]

Pájaros

En las aves, la correspondencia está suficientemente bien establecida como para que la mayoría de los anatomistas se refieran a la zona paleal medial como el "hipocampo aviar". [159] Numerosas especies de aves tienen fuertes habilidades espaciales, en particular aquellas que almacenan comida. Hay evidencia de que las aves que almacenan comida tienen un hipocampo más grande que otros tipos de aves y que el daño al hipocampo causa deterioro en la memoria espacial. [160]

Pez

La historia de los peces es más compleja. En los peces teleósteos (que constituyen la gran mayoría de las especies existentes), el prosencéfalo está distorsionado en comparación con otros tipos de vertebrados: la mayoría de los neuroanatomistas creen que el prosencéfalo de los teleósteos está en esencia evertido, como un calcetín al revés, de modo que las estructuras que se encuentran en el interior, junto a los ventrículos, para la mayoría de los vertebrados, se encuentran en el exterior de los peces teleósteos, y viceversa. [161] Una de las consecuencias de esto es que se cree que el palio medial (zona "hipocampal") de un vertebrado típico corresponde al palio lateral de un pez típico. Se ha demostrado experimentalmente que varios tipos de peces (en particular los peces dorados) tienen fuertes capacidades de memoria espacial, incluso forman "mapas cognitivos" de las áreas que habitan. [155] Hay evidencia de que el daño al palio lateral perjudica la memoria espacial. [162] [163] Aún no se sabe si el palio medial desempeña un papel similar en vertebrados aún más primitivos, como los tiburones y las rayas, o incluso las lampreas y los mixinos. [164]

Insectos y moluscos

Algunos tipos de insectos y moluscos como el pulpo también tienen una gran capacidad de aprendizaje espacial y de navegación, pero parece que funcionan de forma diferente al sistema espacial de los mamíferos, por lo que todavía no hay motivos para pensar que tengan un origen evolutivo común; tampoco hay suficiente similitud en la estructura cerebral como para permitir que se identifique algo parecido a un "hipocampo" en estas especies. Sin embargo, algunos han propuesto que los cuerpos en forma de hongo de los insectos pueden tener una función similar a la del hipocampo. [165]

Modelos computacionales

Se realizó una investigación exhaustiva del hipocampo en diferentes organismos y se recopiló una base de datos completa sobre morfología, conectividad, fisiología y modelos computacionales. [166]

Imágenes adicionales

  • El hipocampo se destaca en verde en las imágenes coronales de resonancia magnética T1
    El hipocampo se destaca en verde en las imágenes coronales de resonancia magnética T1
  • El hipocampo se destaca en verde en las imágenes de resonancia magnética T1 sagitales
    El hipocampo se destaca en verde en las imágenes de resonancia magnética T1 sagitales
  • El hipocampo se destaca en verde en las imágenes de resonancia magnética T1 transversales
    El hipocampo se destaca en verde en las imágenes de resonancia magnética T1 transversales

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Lectura adicional

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Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Hipocampo .
  • Imágenes de cortes cerebrales teñidos que incluyen el "hipocampo" en el proyecto BrainMaps
  • Diagrama de un corte cerebral del hipocampo
  • Hipocampo – Base de datos centrada en las células
  • Temporal-lobe.com Un diagrama interactivo de la región parahipocampal-hipocampal de la rata
  • Buscar hipocampo en BrainNavigator Archivado el 9 de marzo de 2012 en Wayback Machine a través de BrainNavigator

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