Las neuronas no están dispuestas aleatoriamente en el cerebro humano. En la corteza, están organizadas en grupos interconectados con alta conectividad intrínseca. Esta estructura de conectividad modular, en la que los grupos finalmente sirven como unidades funcionales, se forma en las primeras fases de desarrollo.El proceso subyacente de autoorganización está regulado por la actividad neuronal, pero los mecanismos detallados aún no se conocen bien. Basado en estudios in vitro y modelos computacionales, los neurocientíficos Dr. Samora Okujeni y Prof. Dr. Ulrich Egert del Centro Bernstein de Friburgo ahora hicieron una contribución importantepara la comprensión de las redes cerebrales y su desarrollo: en su estudio actual, muestran cómo el crecimiento neuronal y la migración interactúan en la configuración de la arquitectura de red y el grado de modularidad en redes maduras. Sus hallazgos han sido publicados en la revista en línea de acceso abierto eLife .
Las neuronas son células sociables que, a la larga, mueren de forma aislada. Durante el desarrollo, por lo tanto, crecen procesos celulares, denominados neuritas, para establecer conexiones sinápticas con otras neuronas. Sin embargo, una vez que reciben suficiente o demasiada entrada sináptica,dejan de crecer o encogerse. De este modo, las neuronas evitan la sobreexcitación a largo plazo. Se asume ampliamente entre los investigadores que el crecimiento neuronal se controla para estabilizar la actividad neuronal en un nivel objetivo específico.
Sin embargo, para aumentar la probabilidad de conexiones, las neuronas no solo pueden desarrollar sus neuritas sino que también pueden migrar hacia otras neuronas. "En las simulaciones por computadora mostramos que la migración y el crecimiento de neuritas pueden interactuar para dar forma a arquitecturas de red de mesoescala específicas", dice SamoraOkujeni. La interacción regula la relación entre la conectividad local dentro de los grupos y la conectividad entre grupos de largo alcance y, por lo tanto, el grado de modularidad de la red. "Esto, a su vez, influye en la generación y los patrones espacio-temporales de actividad espontánea". Estas interdependencias pueden ser crucialespara el correcto desarrollo de la corteza.
Los científicos probaron las predicciones del modelo experimentalmente investigando cómo interactúan la migración celular, el crecimiento de neuritas y la actividad en el desarrollo de redes de neuronas corticales de rata cultivadas. Para modular la migración celular en estas redes, manipularon una enzima que está centralmente involucrada en la regulación de la neuronalcitoesqueleto. Al igual que en sus simulaciones, la migración celular y la agrupación también promovieron la conectividad modular in vitro.
Sin embargo, además, la agrupación promovió la generación de actividad y condujo a niveles de actividad más altos. Esto era inconsistente con la regulación supuesta del crecimiento para establecer un nivel de actividad objetivo común. Los científicos podrían resolver esta discrepancia: "La dinámica del citoesqueleto no está directamente controlada poractividad de potencial de acción pero indirectamente a través de un influjo de calcio asociado que influye en el equilibrio entre crecimiento y degradación ", explica Okujeni." La modularidad aumentó la tasa general de potenciales de acción pero disminuyó su sincronización a través de la red que determina efectivamente el influjo de calcio por potencial de acción.Esta dependencia, estimamos que todas las estructuras de red alcanzan un nivel objetivo similar de entrada de calcio durante el desarrollo ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Friburgo . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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