Un enrejado hexagonal organiza los principales tipos de células en la corteza cerebral, descubrieron investigadores en Japón. El patrón se repite en todo el cerebro, con células similares que sincronizan su actividad en 'microcolumnas', lo que podría representar una unidad computacional esencial en el cerebro.
La neocorteza, la estructura enrevesada que cubre gran parte del cerebro de los mamíferos como una sábana y controla las acciones motoras, el lenguaje y la detección, es más que una maraña de materia gris y blanca. El cableado de precisión conecta áreas corticales, pero se repite regularmenteno se han observado módulos que podrían ser la base del procesamiento de información neuronal en todo el cerebro. "Creemos que hemos encontrado una unidad funcional de la corteza, un 'procesador' repetitivo a través del cual se distribuye el cálculo del cerebro, como en computadoras paralelas", dice Toshihiko Hosoya., líder del equipo de investigación en el RIKEN Brain Science Institute. El estudio de su grupo, que lleva más de 10 años en desarrollo, fue publicado en ciencia el 3 de noviembre
"El concepto de columnas en el cerebro no es completamente nuevo", observa Hosoya, refiriéndose a las columnas de orientación y dominancia ocular que se encuentran en las cortezas visuales de monos y gatos ". Lo nuevo es encontrar neuronas organizadas en columnas en múltiples áreas del cerebro. Nuestros resultados sugieren que las mismas unidades funcionales podrían ser la base de muy diferentes tipos de funciones cerebrales, desde la percepción sensorial hasta el control motor ".
Los avances técnicos en imágenes cerebrales facilitaron la identificación de microcolumnas. Repitiéndose aproximadamente cada 40 micras, se pueden perder columnas tan pequeñas debido a la forma en que los cerebros se procesan experimentalmente ". El ángulo y el grosor de un corte cerebral son muy importantes, y la direcciónde una columna puede cambiar incluso dentro de un solo corte, lo que podría ser la razón por la que no se notaron antes ", dice Hosoya. Utilizando métodos anatómicos en 3D, que incluyen imágenes de dos fotones y etiquetado específico del tipo de célula, los investigadores encontraron queLas columnas están dispuestas hexagonalmente en la capa V de la corteza. Esta es una capa de salida principal con dos tipos distintos de células piramidales que son comparativamente grandes, dispersas y fáciles de etiquetar. Las microcolumnas contenían solo uno u otro tipo de células y actividad neuronal dentro de cada columnatambién se sincronizó.El grupo de Hosoya está investigando si otras capas corticales también contienen microcolumnas, así como si esta arquitectura es independiente o subsumecolumnas corticales visuales conocidas en otras especies, dado que las microcolumnas muestran propiedades de respuesta similares.
En cuanto a por qué las columnas están dispuestas hexagonalmente, "puede reflejar la forma más eficiente de agruparlas", dice Hosoya. "Sin embargo, en todos los ratones que estudiamos, los hexágonos estaban orientados de la misma manera con respecto alsuperficie del cerebro. Si solo se tratara de empacar, podrían orientarse al azar, pero no lo vimos. Esta direccionalidad conservada puede sugerir que la red evolucionó como una solución eficiente para diversos procesos cerebrales ".
El circuito cortical, la metáfora tomada de las computadoras para explicar cómo el cableado de las neuronas realiza el procesamiento de la información, ha sido durante mucho tiempo un santo grial en la neurociencia ". En las computadoras, una arquitectura modular puede determinar cómo se ejecuta el cálculo, y muchos"Los modelos de computación paralela tienen una estructura hexagonal", señala Hosoya. "Ahora tenemos alguna evidencia de que pequeñas unidades de computación idénticas - módulos de microcolumna - subyacen a la arquitectura del circuito cortical, al menos en la capa V."
Una sugerencia es que comprender fundamentalmente una unidad primaria puede revelar la actividad de todo el cerebro, dice Hosoya. "Dado que identificamos microcolumnas en diferentes regiones del cerebro, el mismo cálculo subyacente puede cumplir funciones completamente diferentes. Es emocionante pensar que al comprender 10 oasí que las neuronas en una microcolumna, podríamos explicar la actividad de los 15 mil millones de neuronas de la neocorteza ".
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Materiales proporcionados por RIKEN . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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