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Neurociencia
Un estudio intenta explicar cómo creamos memorias de adultos
Millones de “sinapsis silenciosas" ayudan en la formación de nuevos recuerdos.
11 de enero de 2023 Revisado por Devon Frye
Los descubrimientos que ha hecho la neurociencia sobre el cerebro biológico son importantes no solo porque pueden conducir a terapias novedosas para tratar trastornos cerebrales, sino también porque pueden servir como modelos para el aprendizaje automático de inteligencia artificial (IA). Un nuevo estudio del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) muestra que existen millones de sinapsis silenciosas en los cerebros de los adultos, un descubrimiento que puede revelar cómo los adultos pueden aprender continuamente y formar nuevos recuerdos.
Los neurocientíficos que realizaron este revolucionario descubrimiento son la autora principal Dimitra Vardalaki, M.D., Ph.D. de Boehringer Ingelheim Fonds, miembro de la facultad y estudiante de posgrado del MIT; el autor principal Mark T. Harnett, Ph.D., profesor asociado en el Departamento de Ciencias Cerebrales y Cognitivas y miembro del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro del MIT; y el coautor Kwanghun Chung, Ph.D., Profesor Asociado de Ingeniería Química y ganador del Premio Presidencial de Carrera Temprana para Científicos e Ingenieros.
“Las sinapsis silenciosas son abundantes en el desarrollo temprano, durante el cual median en la formación y el refinamiento de circuitos, pero se cree que son escasas en la edad adulta”, escribieron los investigadores del Laboratorio Harnett del MIT. “Sin embargo, los adultos conservan una capacidad de plasticidad neuronal y aprendizaje flexible que sugiere que la formación de nuevas conexiones aún prevalece”.
Este nuevo estudio demuestra que aproximadamente el 30 por ciento de todas las sinapsis en la corteza cerebral de ratones adultos son silenciosas, según el MIT.
Las sinapsis son donde las células del cerebro o las neuronas se conectan y se comunican entre sí. Una sola neurona puede tener entre unas pocas y cientos de miles de conexiones sinápticas.
Las neuronas tienen un cuerpo principal con hebras. La neurona transmisora usa una hebra delgada llamada axón para enviar señales. Cuando una señal eléctrica o potencial de acción pasa por un axón, su punta libera una señal química llamada neurotransmisor en la sinapsis. Dependiendo del neurotransmisor, la neurona receptora puede activar una carga eléctrica para señalar a otra neurona o no disparar una carga. La neurona receptora puede recibir a través de su cuerpo principal o ramas en forma de árbol llamadas dendritas.
Antes de este descubrimiento, los científicos habían teorizado que en los cerebros adultos, la plasticidad sináptica se debe principalmente a variaciones en la fuerza sináptica en lugar de introducir o eliminar sinapsis individuales.
El descubrimiento se realizó como parte de un estudio de seguimiento, también realizado en el laboratorio de Harnett, que mostró que dentro de una neurona individual, diferentes tipos de dendritas reciben información de distintas áreas del cerebro y procesan señales de diferentes maneras antes de pasarlas al cuerpo de la neurona. Los investigadores intentaron comprender qué causaría las diferencias en el comportamiento de las dendritas midiendo los receptores de neurotransmisores en varias ramas dendríticas.
Mediante el uso de un método desarrollado por Chung llamado eMAP (Análisis ampliado del proteoma que conserva el epítopo), los neurocientíficos pudieron obtener imágenes de alta resolución a través de la expansión y el etiquetado de proteínas en una muestra de tejido. Durante la toma de imágenes, descubrieron que había protuberancias de membrana delgada que se extendían desde las dendritas llamadas filopodios.
Al aplicar eMAP a otras partes del cerebro adulto de ratones, los investigadores encontraron filopodios en varias áreas del cerebro, incluida la corteza visual, en niveles notablemente más altos que nunca antes.
Estos filopodios tenían receptores de neurotransmisores a los que les faltaban los receptores AMPA que son necesarios para que las sinapsis transmitan una corriente eléctrica. Los receptores AMPA son un tipo de receptores de glutamato que median la transmisión sináptica excitatoria rápida y juegan un papel clave en la plasticidad sináptica.
Para probar si los filopodios descubiertos son sinapsis silenciosas, los neurocientíficos implementaron un método de abrazadera de parche modificado que consiste en administrar un voltaje a través de la membrana celular para medir la corriente resultante.
Los neurocientíficos descubrieron que los filopodios eran sinapsis silenciosas que podían activarse mediante la combinación de una corriente eléctrica del cuerpo de la neurona con una liberación de glutamato. Además, esta conversión fue más fácil que cambiar las sinapsis maduras según los investigadores.
“Las sinapsis en el cerebro adulto tienen un umbral mucho más alto, presumiblemente porque quieres que esos recuerdos sean bastante resistentes”, dijo Harnett en un comunicado. “No quieres que se sobrescriban constantemente. La filopodia, por otro lado, puede capturarse para formar nuevos recuerdos”.
“Hasta donde yo sé, este artículo es la primera evidencia real de que así es como funciona realmente en el cerebro de un mamífero”, dijo Harnett en un informe del MIT.
Este descubrimiento puede explicar cómo los cerebros de mamíferos adultos pueden aprender y formar nuevos recuerdos a través de la activación de sinapsis silenciosas sin tener que cambiar las sinapsis existentes.
“Estos resultados desafían el modelo de que la conectividad funcional se fija en gran medida en la corteza adulta y demuestran un nuevo mecanismo para el control flexible del cableado sináptico que amplía las capacidades de aprendizaje del cerebro maduro”, concluyeron los investigadores del MIT.
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A version of this article originally appeared in Inglés.
