Dando el primer paso hacia la actualización de un plano del cerebro, los investigadores han desarrollado una técnica novedosa capaz de rastrear conexiones neuronales intrincadas con una sensibilidad sin precedentes. Al combinar innovadoramente herramientas genéticas de vanguardia con la técnica establecida de rastreo monosináptico, los científicos han creado unnueva herramienta poderosa llamada trazado monosináptico interseccional iMT, capaz de desentrañar los complicados circuitos dentro del cerebro.
Con un poco de luz, unos pocos compuestos fotosensibles y papel especializado, nació el modelo. Como el tipo de dibujo técnico favorito durante más de un siglo, los arquitectos utilizaron esta herramienta crucial para su rápida reproducibilidad, así como su capacidad de detalladodocumentación. Para los trabajadores en un sitio de construcción, el documento era igualmente esencial ya que contenía toda la información de diseño necesaria, los tipos específicos de componentes incluidos, y servía como guía que detallaba cómo todo encajaba. Si alguna vez había alguna duda, con mayor frecuenciaque no sea una consulta rápida con el plan, resolvió preguntas y progresó la construcción estancada hacia adelante
¿Pero qué sucede cuando los neurocientíficos tienen preguntas sobre el cerebro y las intrincadas conexiones internas? ¿Existe incluso algo así como un plano cerebral? A pesar de un trabajo cada vez mayor que descubre cómo las neuronas en el cerebro forman conexiones, los investigadores aún carecen dediagrama completo que detalla su cableado. Establecer esto tendría el potencial de mejorar drásticamente nuestra comprensión del cerebro, descubriendo cómo los circuitos únicos de las estructuras individuales nos dotan de habilidades extraordinarias como el lenguaje, la percepción sensorial y la cognición.
Dando el primer paso hacia la actualización de un plano del cerebro, los investigadores del Instituto Max Planck de Florida para la Neurociencia MPFI, han desarrollado una nueva técnica capaz de rastrear conexiones neuronales intrincadas con una sensibilidad sin precedentes. En una publicación reciente en Neurociencia de la naturaleza , los investigadores en el laboratorio del Dr. Hiroki Taniguchi, han demostrado tanto la especificidad incomparable como la naturaleza de alto rendimiento del enfoque. Mediante la combinación innovadora de herramientas genéticas de vanguardia con la técnica establecida de rastreo monosináptico, el Laboratorio Taniguchi ha creado un poderosonueva herramienta llamada trazado monosináptico interseccional iMT, capaz de desentrañar los complicados circuitos dentro del cerebro.
Al estudiar una clase especializada de células cerebrales conocidas como interneuronas inhibidoras, el Laboratorio Taniguchi está interesado en analizar cómo estas diversas células se ensamblan en circuitos en varias regiones de la corteza cerebral. Normalmente, estas células actúan para refinar, dar forma y equilibrar el procesamiento de la información, pero su disfunción se ha visto implicada en enfermedades como el autismo, la esquizofrenia y la epilepsia. Elucidando cómo funcionan estos circuitos inhibitorios, será pionero en nuevos enfoques para el diagnóstico y el tratamiento de los trastornos cerebrales. Un aspecto desafiante que dificulta la aclaración de los circuitos corticales esdiversidad de neuronas en el cerebro.
El Dr. Taniguchi explica: "Si bien la diversidad celular hace que el cerebro sea tan único, también transmite una gran dificultad en el estudio de los circuitos individuales. Tomemos, por ejemplo, el circuito inhibitorio típico que estudiamos en el laboratorio; una neurona principal excitadora que transmiteinformación sobre largas distancias desde una región del cerebro a otra, y múltiples neuronas inhibidoras que forman conexiones con ella. A primera vista, este modelo parece bastante simple, pero en realidad, hay muchos tipos diversos de interneuronas principales e inhibidoras. Cada tipo individual de interneurona esse cree que establece conexiones muy específicas dependiendo de la ubicación, función y profundidad de la neurona principal dentro de la corteza. Sin la capacidad de observar las conexiones específicas formadas por cada subpoblación de neurona inhibidora, no se puede formar una imagen precisa del circuito.
El Dr. Michael Yetman, investigador postdoctoral en el Laboratorio Taniguchi y primer autor del artículo, señala que querían una técnica que pudiera atravesar la diversidad celular del cerebro y solo apuntar a subtipos específicos de neuronas ". De esta manera, nosotrospodría comparar y contrastar las conexiones de cada subtipo único y estudiar los tipos de circuitos que forman ", explica Yetman.
iMT se desarrolló con este objetivo en mente, superando las limitaciones de los métodos utilizados anteriormente para rastrear las conexiones dentro del cerebro. Técnicas como la estimulación eléctrica y el rastreo monosináptico, eran demasiado ineficientes o carecían de la sensibilidad necesaria para rastrear con precisión las conexiones de muchas células diferentestipos encontrados en el cerebro. iMT se basa en su predecesor, pero con un giro innovador que es crítico para transmitir la sensibilidad de la técnica.
"El rastreo monosináptico utiliza una forma modificada del virus de la rabia que carece de una proteína necesaria, lo que restringe el virus a una sola célula iniciadora y previene la infección de otras células a su alrededor", explica Yetman. "Pero si la proteína junto con el virusse expresa solo en la célula iniciadora, entonces el virus tiene la capacidad de saltar e infectar las células cercanas. Para estudiar las neuronas dentro del cerebro, podemos expresar el virus y la proteína en una neurona principal y observar cómo el virus salta las conexiones sinápticas sololas interneuronas se conectan directamente. Una vez allí, el virus en cierto sentido se atasca sin la proteína necesaria y le dice a la neurona que comience a expresar la proteína fluorescente. Con microscopía, podemos ver las células que están conectadas directamente a nuestra neurona iniciadora. La limitación es quesolo pudimos visualizar las interneuronas conectadas como un todo, sin las propiedades únicas de los subtipos individuales ".
Para superar esta limitación, el equipo ha agregado un componente genético adicional que se enfoca de manera confiable y específica en subtipos únicos de interneuronas. Una vez que el virus alcanza un subtipo de células que contiene este componente, se expresa una segunda proteína fluorescente nueva. Ahora los científicos tienen la capacidadpara visualizar las conexiones interneuronas en su conjunto, así como las conexiones de subtipos interneuronales específicos. iMT ya ha demostrado ser innovador, revelando diferencias dramáticas en el diseño del circuito interneurónico de subtipos inhibitorios clave, así como aquellos del mismo subtipo que forman conexiones con neuronas principales de diferentesáreas del cerebro.
"Aunque iMT se encuentra solo en las primeras etapas de desarrollo, tiene el potencial de proporcionar un diagrama de circuito más detallado y amplio del cerebro que será esencial para combatir trastornos cerebrales prominentes", señala Yetman. "En el futuro esperamosademás, la técnica para incluir la capacidad de estudiar las conexiones funcionales, y no solo físicas, de los circuitos neuronales ".
iMT y los neurocientíficos de MPFI nos están llevando un paso más cerca de lograr la construcción de un plano cortical de concreto.
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Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Florida para la Neurociencia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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