Los investigadores de la Universidad de Alabama en Birmingham han propuesto un modelo que resuelve una aparente paradoja en una de las áreas más intrigantes del cerebro: la circunvolución dentada.
Esta región ayuda a formar recuerdos, como dónde estacionó su automóvil, y también es una de las dos únicas áreas del cerebro que produce continuamente nuevas células nerviosas durante toda la vida.
"Entonces, la gran pregunta", dijo Linda Overstreet-Wadiche, Ph.D., profesora asociada en el Departamento de Neurobiología de la UAB, "¿por qué sucede esto en esta región del cerebro? Se están creando neuronas completamente nuevas. ¿Cuál es su¿papel?"
en un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza el 20 de abril, Overstreet-Wadiche y colegas de la UAB; la Universidad de Perugia, Italia; Sandia National Laboratories, Albuquerque, Nuevo México; y la Facultad de Medicina de la Universidad de Duke; datos actuales y un modelo de red estadística simple que describe una propiedad no anticipadade neuronas inmaduras recién formadas en la circunvolución dentada.
Se cree que estas neuronas de células granulares inmaduras aumentan la discriminación de patrones, a pesar de que son una pequeña proporción de las células granulares en el giro dentado. Pero no está claro cómo contribuyen.
Este trabajo es un pequeño paso, junto con otros pasos tomados en una multitud de laboratorios de todo el mundo, para descifrar el código neural, uno de los grandes desafíos biológicos en la investigación. Como Eric Kandel y sus coautores escriben en Principios de NeuralCiencia, "El objetivo final de la ciencia neuronal es comprender cómo el flujo de señales eléctricas a través de los circuitos neuronales da lugar a la mente, a cómo percibimos, actuamos, pensamos, aprendemos y recordamos".
Las células granulares recién formadas pueden tardar entre seis y ocho semanas en madurar en ratones adultos. Los investigadores se preguntaron si las células inmaduras tenían propiedades que las diferenciaban. Hace más de 10 años, los investigadores encontraron una diferencia: las células mostraron una alta excitabilidad, lo que significa que incluso pequeños pulsos eléctricos hicieron que las células inmaduras dispararan sus propios picos eléctricos. Por lo tanto, fueron vistos como "neuronas jóvenes altamente excitables", según lo descrito por Alejandro Schinder y otros en el campo.
Pero esto creó una paradoja. Según la hipótesis de la codificación neural, la alta excitabilidad debería degradar la capacidad del giro dentado, un importante centro de procesamiento en el cerebro, para percibir las pequeñas diferencias en los patrones de entrada que son cruciales en la memoria, paraConozca su ubicación espacial o la ubicación de su automóvil.
"El giro dentado es muy sensible a las diferencias de patrones", dijo Overstreet-Wadiche. "Toma una entrada y acentúa las diferencias. Esto se llama separación de patrones".
La circunvolución dentada recibe información de la corteza entorrinal, una parte del cerebro que procesa información sensorial y espacial de otras regiones del cerebro. La circunvolución dentada luego envía salida al hipocampo, lo que ayuda a formar recuerdos a corto y largo plazoy te ayuda a navegar por tu entorno.
En sus experimentos de corte de cerebro de ratón, Overstreet-Wadiche y sus colegas no estimularon directamente las células granulares inmaduras. En cambio, estimularon las neuronas de la corteza entorrinal.
"Intentamos imitar una situación más fisiológica estimulando las neuronas aguas arriba lejos de las células granulares", dijo.
El uso de esta estimulación más débil y más difusa reveló un nuevo papel previamente infravalorado para las células granulares de giro dentadas inmaduras. Dado que estas células tienen menos conexiones sinápticas con las células de la corteza entorrinal, en comparación con las células granulares maduras, esta conectividad más baja significó queun impulso de señalización más bajo alcanzó las células granulares inmaduras cuando se aplicó la estimulación en la corteza entorrinal.
Los experimentos de Overstreet-Wadiche y sus colegas muestran que este impulso excitador bajo hace que las células granulares inmaduras sean menos propensas a dispararse que las células granulares maduras. En neurociencia computacional se conoce menos disparo como codificación dispersa, lo que permite una mayor precisióndiscriminación entre muchos patrones diferentes.
"Esta es potencialmente una forma en que las células granulares inmaduras pueden mejorar la separación del patrón", dijo Overstreet-Wadiche. "Debido a que las células inmaduras tienen menos sinapsis, pueden ser más selectivas".
Hace siete años, el coautor de papel James Aimone, Ph.D., de Sandia National Laboratories, había desarrollado un modelo de red realista para las células granulares inmaduras, un modelo que incorporaba su alta excitabilidad intrínseca. Cuando ejecutó ese modelo, el inmadurolas células degradaron, en lugar de mejorar, la separación general del patrón de giro dentado. Para el artículo actual de Overstreet-Wadiche, Aimone revisó un modelo más simple que incorpora los nuevos hallazgos de sus colegas. Esta vez, el modelo de red estadística mostró un resultado más complejo: gránulo inmadurolas células con alta excitabilidad y baja conectividad pudieron ampliar el rango de niveles de entrada desde la corteza entorrinal que aún podría crear representaciones de salida bien separadas.
En otras palabras, el equilibrio entre baja conectividad sináptica y alta excitabilidad intrínseca podría mejorar las capacidades de la red incluso con muy pocas células inmaduras.
"La idea principal es que a medida que las células se desarrollan, tienen una función diferente", dijo Overstreet-Wadiche. "Es casi como si fueran una neurona diferente por un tiempo que es más excitable pero también potencialmente más selectiva".
El papel propuesto de las células granulares inmaduras por Overstreet-Wadiche y sus colegas se combina con experimentos previos de otros investigadores que encontraron que la eliminación precisa de las células granulares inmaduras de un roedor, utilizando manipulaciones genéticas, crea dificultades para distinguir pequeñas diferencias en contextos sensorialesseñales. Por lo tanto, la eliminación de este pequeño número de células degrada la separación del patrón.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Alabama en Birmingham . Original escrito por Jeff Hansen. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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