Incluso las redes más simples de neuronas en el cerebro están compuestas por millones de conexiones, y examinar estas vastas redes es fundamental para comprender cómo funciona el cerebro. Un equipo internacional de investigadores, dirigido por R. Clay Reid, Wei Chung Allen Lee yVincent Bonin, del Instituto Allen para Ciencia del Cerebro, Harvard Medical School y Neuro-Electronics Research Flanders NERF, respectivamente, ha publicado la red más grande hasta la fecha de conexiones entre neuronas en la corteza, donde ocurre un procesamiento de alto nivel, y ha reveladovarios elementos cruciales de cómo se organizan las redes en el cerebro. Los resultados se publican en la revista Naturaleza .
"Esta es la culminación de un programa de investigación que comenzó hace casi diez años. Las redes cerebrales son demasiado grandes y complejas para comprender poco a poco, por lo que utilizamos técnicas de alto rendimiento para recopilar grandes conjuntos de datos de actividad cerebral y cableado cerebral", diceR. Clay Reid, MD, Ph.D., investigador principal del Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro. "Pero estamos descubriendo que el esfuerzo vale la pena y estamos aprendiendo muchísimo sobre la estructura de las redes en el cerebro,y, en última instancia, cómo se vincula la estructura del cerebro con su función "
"Aunque este estudio es un momento histórico en un capítulo sustancial de trabajo, es solo el comienzo", dice Wei-Chung Lee, Ph.D., Instructor en Neurobiología en la Escuela de Medicina de Harvard y autor principal del artículo ".Ahora tenemos las herramientas para embarcarnos en la ingeniería inversa del cerebro descubriendo relaciones entre el cableado del circuito y los cálculos neuronales y de red ".
"Durante décadas, los investigadores han estudiado la actividad cerebral y el cableado de forma aislada, sin poder vincularlos", dice Vincent Bonin, investigador principal de Neuro-Electronics Research Flanders. "Lo que hemos logrado es unir estos dos reinos con detalles sin precedentes, vinculando la actividad eléctrica en las neuronas con las conexiones sinápticas a nanoescala que hacen entre sí "
"Hemos encontrado algunas de las primeras pruebas anatómicas para la arquitectura modular en una red cortical, así como la base estructural para la conectividad funcionalmente específica entre las neuronas", agrega Lee. "Los enfoques que utilizamos nos permitieron definir los principios organizacionales de los nervioscircuitos. Ahora estamos listos para descubrir motivos de conectividad cortical, que pueden actuar como bloques de construcción para la función de la red cerebral ".
Lee y Bonin comenzaron identificando neuronas en la corteza visual del ratón que respondían a estímulos visuales particulares, como barras verticales u horizontales en una pantalla. Lee luego hizo cortes ultrafinos de cerebro y capturó millones de imágenes detalladas de esas células específicasy sinapsis, que luego se reconstruyeron en tres dimensiones. Equipos de anotadores en ambas costas de los Estados Unidos rastrearon simultáneamente neuronas individuales a través de las pilas de imágenes en 3D y las conexiones localizadas entre las neuronas individuales.
El análisis de esta gran cantidad de datos arrojó varios resultados, incluida la primera evidencia estructural directa para respaldar la idea de que las neuronas que realizan tareas similares tienen más probabilidades de estar conectadas entre sí que las neuronas que realizan tareas diferentes. Además, esas conexiones son más grandes, a pesar del hecho de que están enredados con muchas otras neuronas que realizan funciones completamente diferentes.
"Parte de lo que hace que este estudio sea único es la combinación de imágenes funcionales y microscopía detallada", dice Reid. "Los datos microscópicos son de escala y detalle sin precedentes. Obtenemos un conocimiento muy poderoso al aprender primero qué función realiza una neurona en particulary luego ver cómo se conecta con las neuronas que hacen cosas similares o diferentes.
"Es como una orquesta sinfónica con jugadores sentados en asientos al azar", agrega Reid. "Si escuchas solo a unos pocos músicos cercanos, no tendrá sentido. Al escuchar a todos, entenderás la música; en realidadse vuelve más simple. Si luego preguntas a quién está escuchando cada músico, incluso podrías descubrir cómo hacen la música. No hay director, por lo que la orquesta necesita comunicarse ".
Esta combinación de métodos también se empleará en un proyecto contratado por IARPA con el Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro, el Baylor College of Medicine y la Universidad de Princeton, que busca escalar estos métodos a un segmento más grande de tejido cerebral. Los datos delel presente estudio está disponible en línea para que otros investigadores lo investiguen
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Materiales proporcionado por Instituto Allen . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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