No todos somos Fred Astaire o Michael Jackson, pero incluso aquellos de nosotros que parecen tener dos pies izquierdos tenemos ritmo, en nuestros cerebros. Desde la respiración hasta la caminata y la masticación, nuestros días están llenos de acciones repetitivas que dependen dedisparo rítmico de neuronas. Sin embargo, el circuito neuronal que sustenta tales comportamientos aparentemente normales no se comprende completamente, a pesar de que una mejor comprensión podría conducir a nuevas terapias para trastornos como la enfermedad de Parkinson, ELA y autismo.
Recientemente, los neurocientíficos del Instituto Salk utilizaron células madre para generar diversas redes de sistemas autónomos de médula espinal en un plato, denominado tortugas, para estudiar este patrón rítmico en las neuronas. El trabajo, que aparece en línea el 14 de febrero de 2017, cuestión de eLife , revela que algunas de las tortugas, sin estímulo externo, exhibieron actividad rítmica coordinada y espontánea del tipo que se sabe que impulsa movimientos repetitivos.
"Todavía es muy difícil contemplar cómo grandes grupos de neuronas con literalmente miles de millones, si no billones de conexiones, toman información y la procesan", dice el autor principal del trabajo, el profesor Salk Samuel Pfaff, quien también es investigador del Instituto Médico Howard Hughes ysostiene la cátedra Benjamin H. Lewis. "Pero creemos que desarrollar este tipo de circuito simple en un plato nos permitirá extraer algunos de los principios de cómo funcionan los circuitos cerebrales reales. Con esa información básica tal vez podamos comenzar a comprender cómo funcionan las cosasir mal en la enfermedad "
Las células nerviosas en el cerebro y la médula espinal se conectan entre sí de forma muy similar a los circuitos electrónicos. Y al igual que los circuitos electrónicos constan de muchos componentes, el sistema nervioso contiene una vertiginosa variedad de neuronas, que a menudo resultan en redes con muchos cientos de miles de célulasPara modelar estos complejos circuitos neuronales, el laboratorio de Pfaff impulsó a las células madre embrionarias de los ratones a crecer en grupos de neuronas de la médula espinal, a las que denominaron tortugas. Cada tortuga típicamente contenía 50,000 células en grupos lo suficientemente grandes como para ver a simple vista, ycon diferentes proporciones de subtipos neuronales.
Con herramientas moleculares, los investigadores etiquetaron cuatro subtipos clave de neuronas excitadoras que promueven una señal eléctrica e inhibidoras que detienen una señal eléctrica vitales para el movimiento, llamadas V1, V2a, V3 y neuronas motoras. Observando las células en los tortugas.En tiempo real, utilizando microscopía de alta tecnología, el equipo descubrió que las tortugas formadas solo por neuronas excitadoras V2a o V3 o neuronas motoras excitadoras que controlan los músculos se dispararon espontáneamente rítmicamente, pero que las tortugas que solo comprenden neuronas inhibidoras no lo hicieron. Curiosamente, agregar neuronas inhibidorasa V3, las tortugas excitatorias aceleraron la velocidad de disparo, mientras que al agregarlas a las tortugas motoras motoras, las neuronas formaron subredes, circuitos independientes más pequeños de actividad neuronal dentro de un circuitoide.
"Estos resultados sugieren que variar las proporciones de las neuronas excitadoras e inhibidoras dentro de las redes puede ser una forma en que los cerebros reales crean circuitos complejos pero flexibles para gobernar la actividad rítmica", dice Pfaff. "Los circuitositoides pueden revelar la base de controles neuronales complejos que conducena tipos de comportamientos mucho más elaborados a medida que avanzamos por nuestro mundo de una manera fluida "
Debido a que estos tortugas contienen neuronas que funcionan activamente como una red interconectada para producir disparos con patrones, Pfaff cree que modelarán más de cerca un aspecto normal del cerebro que otros tipos de sistemas de cultivo celular. Además de estudiar con mayor precisión los procesos de enfermedades queafectar la circuitería, la nueva técnica también sugiere un mecanismo por el cual la actividad cerebral disfuncional podría tratarse alterando las proporciones de los tipos de células en los circuitos.
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Materiales proporcionado por Instituto Salk . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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