Un método matemático recientemente desarrollado puede detectar la estructura geométrica en la actividad neuronal en el cerebro. "Anteriormente, para comprender esta estructura, los científicos necesitaban relacionar la actividad neuronal con algún estímulo externo específico", dijo Vladimir Itskov, profesor asociado de matemáticasen la Penn State University. "Nuestro método es el primero en poder revelar esta estructura sin que sepamos un estímulo externo antes de tiempo. Ahora hemos demostrado que nuestro nuevo método nos permitirá explorar la estructura organizacional de las neuronas sin conocer sufuncionar de antemano "
"Los métodos tradicionales utilizados por los investigadores para analizar la relación entre las actividades de las neuronas fueron adoptados de la física", dijo Carina Curto, profesora asociada de matemáticas en Penn State, "pero los datos de neurociencia no necesariamente cumplen con las mismas reglas quedatos de la física, por lo que necesitamos nuevas herramientas. Nuestro método es un primer paso hacia el desarrollo de un nuevo kit de herramientas matemáticas para descubrir la estructura de los circuitos neuronales con una función desconocida en el cerebro ".
El método - topología de camarilla - fue desarrollado por un equipo interdisciplinario de investigadores en Penn State, la Universidad de Pennsylvania, el Instituto Médico Howard Hughes y la Universidad de Nebraska-Lincoln. El método se describe en un documento queser publicado en la primera edición en línea de la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias durante la semana que termina el 23 de octubre de 2015.
"Hemos adoptado enfoques del campo de la topología algebraica que anteriormente se habían utilizado principalmente en el dominio de las matemáticas puras y los hemos aplicado a datos experimentales sobre la actividad de las células de lugar: neuronas especializadas en la parte del cerebro llamadahipocampo que siente la posición de un animal en su entorno ", dijo Curto.
Los investigadores midieron la actividad de colocar células en los cerebros de ratas durante tres condiciones experimentales diferentes. Luego analizaron las correlaciones por pares de esta actividad: cómo se relacionó el disparo de cada neurona con el disparo de todas las demás neuronas.
En la primera condición, se permitió que las ratas deambularan libremente en su entorno, un comportamiento en el que la actividad de las células del lugar está directamente relacionada con la ubicación del animal en su entorno. Buscaron los datos para encontrar grupos de neuronas,o "camarillas", en las que la actividad de todos los miembros de la camarilla estaba relacionada con la actividad de todos los demás miembros. Su análisis de estas camarillas, utilizando métodos de topología algebraica, reveló una estructura geométrica organizada. Sorprendentemente, los investigadores encontraron una estructura similaren las actividades entre las células de lugar en las otras dos condiciones que probaron, el funcionamiento de la rueda y el sueño, donde no se espera que las células de lugar tengan una organización geométrica.
"Debido a que la estructura que detectamos fue similar en las tres condiciones experimentales, creemos que estamos recogiendo la organización fundamental de las células del lugar en el hipocampo", dijo Itskov.
Además de Itskov y Curto, otros miembros del equipo de investigación incluyen a Chad Giusti en la Universidad de Pennsylvania y Eva Pastalkova en el Instituto Médico Howard Hughes.
La investigación fue apoyada por la National Science Foundation números de subvención DMS 1122519, DMS 122566 y DMS 1537228, la Fundación Alfred P. Sloan, el Premio Young Faculty de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa número de subvención W911NF-15-1-0084, y el Instituto Médico Howard Hughes.
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Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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