Uno de los misterios sobresalientes de la corteza cerebral es cómo las neuronas individuales desarrollan las conexiones sinápticas adecuadas para formar redes distribuidas a gran escala. Ahora, un equipo internacional de científicos que incluye investigadores de la Universidad de Goethe y la FIAS han obtenido nuevos conocimientos espontáneamentegeneró patrones de actividad por las redes locales en la corteza visual en desarrollo temprano. Aparentemente, estos forman la base de conexiones neuronales de largo alcance que se establecen a través de la actividad cerebral en el curso del desarrollo cortical.
Ahora, como se publicó en Neurociencia de la naturaleza , los científicos del Instituto Max Planck de Florida para la Neurociencia, el Instituto de Estudios Avanzados de Frankfurt, la Universidad Goethe de Frankfurt y la Universidad de Minnesota han investigado la corteza visual del hurón, un sistema modelo ideal para explorar el desarrollo temprano de redes enla corteza. Estas están compuestas por miles de neuronas y se distribuyen en milímetros de la superficie cortical. En la corteza visual, la actividad de la red codifica características específicas de la escena visual como la orientación de los bordes y la dirección del movimiento del objeto.
Mediante el uso de técnicas de imágenes de calcio, los científicos pudieron visualizar con una resolución sin precedentes patrones de actividad espontánea, es decir, patrones no producidos por entrada visual. Para su gran sorpresa, los patrones de actividad espontánea estaban altamente correlacionados entre poblaciones distantes de neuronas, y enlos hechos estaban tan altamente correlacionados que la actividad de pequeñas poblaciones de neuronas podía predecir de manera confiable patrones de actividad de red coincidentes a milímetros de distancia, y estos patrones de correlación predijeron maravillosamente los patrones de actividad de red provocados por la estimulación visual.
En su siguiente paso, los investigadores utilizaron esta notable correspondencia de patrones de red espontáneos y visualmente evocados para descubrir cómo se desarrolló la interacción de las redes en el cerebro inmaduro. Al observar el estado de los patrones de actividad espontánea antes de abrir los ojos, ellosse esperaba ver una notable diferencia en los patrones de actividad espontánea porque las conexiones corticales de largo alcance que se consideran la base para los patrones de actividad de red distribuida están ausentes en la corteza inmadura. Para su sorpresa, descubrieron patrones robustos de largo alcance decorrelacionó la actividad espontánea antes de la apertura del ojo y descubrió que se extendían a distancias comparables a lo que se veía en el cerebro maduro.
Frente a esta paradoja, los investigadores primero consideraron si los patrones de actividad correlacionados podrían extenderse a través de cadenas de conexiones corticales locales, similar a un incendio forestal. Para probar esta posibilidad intrigante, Matthias Kaschube, profesor de informática en la Universidad de Goethe y miembroen el Instituto de Estudios Avanzados de Frankfurt FIAS, y su estudiante de doctorado Bettina Hein, construyeron un modelo computacional de los circuitos neuronales en la corteza visual temprana y descubrieron que al usar un conjunto de parámetros que son consistentes con la organización de la cortical localconexiones, el modelo podría reproducir con precisión los patrones de correlaciones espontáneas de largo alcance que habían observado experimentalmente, sin la necesidad de conexiones de largo alcance.
Tomados en conjunto, estos resultados sugieren que el orden de largo alcance en la corteza cerebral en desarrollo temprano se origina de la actividad neuronal impulsada por conexiones de corto alcance. En otras palabras, las conexiones locales crean un andamiaje de actividad de red. Siguiendo la regla de plasticidad bien aceptada "quédispara juntos ", la actividad mediada por conexiones locales puede guiar la formación posterior de conexiones de red de largo alcance. En un giro de la frase que se usa con frecuencia," piensa globalmente, actúa localmente ", el desarrollo de circuitos corticales actúa localmente para lograrLos estudios futuros probarán la predicción de que los mecanismos de plasticidad dependientes de la actividad dan forma a la estructura de las conexiones de largo alcance basadas en los patrones de actividad instructiva derivados de las conexiones corticales locales.
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Materiales proporcionado por Universidad Goethe de Frankfurt . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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