El funcionamiento del cerebro sigue siendo una caja negra: los científicos ni siquiera están seguros de cuántos tipos de células nerviosas existen en el cerebro. Para saber cómo funciona el cerebro, necesitan saber no solo qué tipos de células nerviosas existen, sinotambién cómo trabajan juntos. Los investigadores del Instituto Salk se han acercado un paso más para desbloquear esta caja negra.
Utilizando técnicas genéticas y de visualización de vanguardia, el equipo descubrió un nuevo subtipo de neurona o neurona en la corteza visual. El grupo también detalló cómo la nueva célula y dos neuronas similares procesan imágenes y se conectan a otras partes de la célula.Aprender cómo el cerebro analiza la información visual a un nivel tan detallado puede algún día ayudar a los médicos a comprender elementos de trastornos como la esquizofrenia y el autismo.
"Comprender estos tipos de células contribuye otra pieza al rompecabezas que descubre los circuitos neuronales en el cerebro, circuitos que finalmente tendrán implicaciones para los trastornos neurológicos", dice Edward Callaway, profesor de Salk y autor principal del artículo publicado el 6 de diciembre en la revista neurona .
Desbloquear el funcionamiento detallado del cerebro ha sido un desafío lento. Históricamente, los científicos usaron tinciones para mostrar que varias neuronas tienen formas distintas y probablemente diferentes tipos de células. Sin embargo, la verdadera cantidad de tipos de neuronas en el cerebrosigue siendo un misterio. Callaway compara la tarea de desentrañar la conectividad neuronal y la función con la vigilancia de inteligencia. Hace veinte años, la tecnología para rastrear las conexiones entre varias neuronas en el cerebro era tan sofisticada como filmar a un grupo de personas en una esquina de la ciudad hablando por celularteléfonos: cada persona está hablando con otra, pero la persona que está al otro lado de la conversación puede estar a una cuadra de distancia o en todo el país. El contenido de las conversaciones sería imposible de deducir.
"Similar a esas conversaciones de teléfonos celulares, cada tipo de neurona solo está conectada a ciertos otros tipos de neuronas, pero podría ser una célula en cualquier otro lugar del cerebro", dice Callaway. Nuevos modelos de ratones y otras tecnologías desarrolladas en el pasadocinco años ofrecen herramientas de mapeo tan poderosas como la vigilancia de escuchas telefónicas, lo que permite a los científicos rastrear "cuáles son los tipos de neuronas, qué tipos de células están hablando entre sí y de qué están hablando", dijo.
En su nuevo artículo, Callaway y sus colegas eliminaron estas preguntas manipulando genéticamente selectivamente tipos de células específicas en modelos animales para visualizar el tamaño, la forma y la actividad eléctrica exclusiva de los tipos individuales de neuronas.
Los tres tipos de neuronas que estudió el equipo son parte de una clasificación más amplia de neuronas llamadas neuronas piramidales excitatorias llamadas así por su forma y juegan un papel importante en la corteza cerebral. Aunque todos los experimentos se realizaron en la corteza visualde ratones, es probable que existan los mismos tipos de células neuronales y desempeñen funciones similares en los cerebros de muchos animales, incluidos los humanos.
"Anteriormente, las personas no tenían herramientas muy buenas para etiquetar, o mirar, tipos específicos de células piramidales en el cerebro de ratones despiertos. Pero usando esta tecnología visual de vanguardia, pudimos ver la actividad celular y cómo cada tipo celularpuede procesar diferentes tipos de información para diferentes propósitos ", dijo Euiseok Kim, primer autor del nuevo artículo y asociado de investigación de Salk.
Los científicos de Salk utilizaron técnicas de imagen especiales para mostrar cómo y cuándo se activaron los tres tipos de células en respuesta a diferentes imágenes mostradas a un ratón vivo. Para rastrear el circuito neural de la nueva célula, el equipo utilizó un método de virus de la rabia modificado inventadopor el laboratorio de Callaway para mapear las conexiones entre los tres tipos de neuronas y las células en el resto del cerebro.
La combinación de las dos pruebas de imagen pintó una imagen de las diferentes funciones de las neuronas.
Dos tipos neuronales que eran sensibles a la información espacial detallada detallada en las pruebas visuales también se mapearon en partes del cerebro responsables de analizar varios bits de información. Del mismo modo, se mostraron las neuronas que respondieron a la dirección y la velocidad en las pruebas visualespara conectarse de manera diferente a las partes del cerebro en el experimento de mapeo de la rabia.
"No es un accidente que un tipo de célula en particular responda a estímulos de movimiento rápido porque esas neuronas se conectan a una parte del cerebro que es responsable de controlar el movimiento de los ojos", dice Callaway, quien también ocupa la Cátedra Audrey Geisel del Instituto ".Las salidas coinciden con la función del circuito ".
Callaway espera que los experimentos futuros probablemente determinen aún más funciones de estas neuronas.
"Ahora que tenemos esta comprensión de estas neuronas, lleva a nuevas hipótesis y nuevas ideas sobre lo que están haciendo las neuronas", dice Callaway. "Podemos establecer nuevos experimentos con estos tipos de células y ver cómo cambia el comportamiento enlos ratones."
Aprender cómo se conectan y funcionan los tipos de células bajo diferentes circunstancias puede ayudar a explicar qué funciona mal en varias condiciones, como el autismo y la esquizofrenia
"La parte del cerebro que estudiamos fue la corteza visual, pero los tipos de células que estamos observando también se encuentran en todas las otras partes de la corteza cerebral, como las áreas involucradas en las funciones motoras o cognitivas", agrega Callaway.
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Materiales proporcionado por Instituto Salk . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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