El proceso que llamamos aprendizaje es, de hecho, una sinfonía bien orquestada de miles de reacciones moleculares, pero la interacción exacta entre estas reacciones sigue siendo en gran parte desconocida. Ahora, los investigadores de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST han modeladoLa base molecular del aprendizaje en el cerebelo, una parte del cerebro que recibe información sensorial y coordina los movimientos voluntarios.
"Hasta donde sabemos, este es el modelo más complejo de un sistema de este tipo que existe", dijo Erik De Schutter, jefe de la Unidad de Neurociencia Computacional de OIST y autor principal del reciente artículo, publicado en Cell Reports. Modelos anteriores enfocadossobre las señales que llegan al extremo receptor de una neurona, dijo, "mientras que ahora estamos viendo la comunicación continua entre los dos extremos".
Se cree que el aprendizaje es un equilibrio entre dos procesos que actúan como una especie de dial molecular: potenciación a largo plazo LTP, en la que se fortalece la conexión entre dos neuronas, y depresión a largo plazo LTD, en la quela conexión entre dos neuronas se debilita. Ambos procesos tienen lugar en la sinapsis, la unión entre dos neuronas. Andrew Gallimore, primer autor del artículo e investigador postdoctoral en OIST, modeló cómo funcionan en dos tipos de células: fibras paralelasy las células de Purkinje, que juegan un papel clave en el aprendizaje motor.
Utilizando un programa de computadora para crear un modelo de este complejo sistema, Gallimore combinó varios cientos de ecuaciones tomadas de experimentos en los que se activaron tales neuronas. El modelo se puso a prueba cuando colegas en Corea tomaron grabaciones de neuronas en el cerebelo de ratonesLos investigadores de OIST incorporaron estas grabaciones en el modelo.
Sus hallazgos muestran que las redes moleculares en ambos lados de una sinapsis son importantes para controlar el aprendizaje: la comunicación debe ocurrir en ambas direcciones a través de la sinapsis para controlar si se genera LTD o LTP durante la actividad neuronal.
El modelo también mostró que el dial de equilibrio molecular LTP y LTD tiene un interruptor de apagado automático que, cuando se activa, permite que el sistema regrese a su estado de reposo. Aunque investigaciones anteriores insinuaron la presencia de este interruptor de apagado, esto esLa primera vez que se demostró el mecanismo detrás de él, una red compleja de proteínas y receptores, un modelo tan amplio e integral permite a los científicos examinar cómo los sistemas de señalización complejos trabajan juntos, algo que a menudo está ausente en la literatura experimental, dijo De Schutter..
El trabajo de los investigadores permite a los científicos predecir con mayor precisión el comportamiento del sistema caótico y complejo de moléculas que controla el aprendizaje. También insinúa lo que podría estar sucediendo a nivel molecular cuando estos interruptores se rompen, lo que podría ocurrir cuando el cerebro está encendidolesionado o durante enfermedades neurodegenerativas que afectan el aprendizaje.
"Toda la función de un cerebro se basa en las fortalezas de estas conexiones sinápticas", dijo Gallimore. "Cuanto mejor comprendamos estos procesos, mayor será el potencial para intervenir para mitigar problemas graves".
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Materiales proporcionado por Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa - OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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