La porción del cerebro conocida como hipotálamo es pequeña pero poderosa: controla los comportamientos y la fisiología fundamentales que son esenciales para la supervivencia. Estos incluyen comer y beber, comportamientos sexuales y defensivos, dormir y el control fisiológico de cosas como la temperatura corporal, equilibrio de líquidos y las respuestas del cuerpo al estrés.
Un estudio dirigido por USC Dornsife, publicado en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias el 25 de marzo, proporcionó el primer modelo de red global, basado en un mapa de red altamente detallado, del funcionamiento interno del hipotálamo. Esto se considera una de las partes más críticas del cerebro, ya que es compatible con la vida en generalmamíferos, así como peces, pájaros y muchos otros animales.
El estudio es parte de un esfuerzo continuo para determinar la organización estructural del sistema nervioso de los mamíferos, a lo que los científicos se refieren como "El Proyecto Neuroma".
El proyecto es un esfuerzo pionero para obtener una mejor comprensión del cerebro, la estructura biológica más compleja del universo conocido. Los esfuerzos de los científicos se centran actualmente en completar un modelo del cerebro de los mamíferos que se basa en las conexiones de su cerebro.regiones de materia gris.
Eventualmente, les gustaría extender el modelo para incluir las conexiones entre todo el sistema nervioso y el cuerpo, en conjunto llamado el "neuroma". Tal logro, combinado con mapas de red para los diferentes tipos de células cerebrales, revolucionaría la investigaciónen una multitud de disciplinas, desde psicología hasta medicina.
Para crear el modelo de red del hipotálamo, los científicos realizaron un análisis riguroso de los datos de conexión para cada una de las 65 regiones hipotalámicas identificadas y abarcaron 40 años de investigación cerebral. El análisis informático de estos datos reveló una organización jerárquica compuesta por subredes de los 65regiones del hipotálamo a cada lado del cerebro.
De 16.770 conexiones posibles dentro y entre las 65 regiones a cada lado del hipotálamo, el conjunto de datos recopilado por Hahn y sus colegas indicaron que existen casi 8,000 de ellos.
"Esto muestra que el hipotálamo tiene una red interna notablemente altamente conectada", dice Joel Hahn, profesor asistente investigación de ciencias biológicas en el Colegio de Letras, Artes y Ciencias Dornsife de la USC y autor principal del estudio.
El análisis informático de la red también mostró que dos subredes de alto nivel, a cada lado del cerebro, están asociadas de manera prominente con el control del comportamiento o la fisiología del cuerpo. Ver gráfico
Además, las regiones o centros más altamente conectados estaban en la red de control relacionada con la fisiología. Hahn dice que esta organización sugiere que el hipotálamo puede priorizar el control fisiológico sobre el control conductual.
"Esta organización tiene sentido desde el punto de vista de la supervivencia, porque el comportamiento depende de un cuerpo capaz", dice.
Los científicos también exploraron las subredes de nivel inferior, que revelaron asociaciones novedosas que podrían ser relevantes para varias enfermedades, incluidas enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer y trastornos del comportamiento que afectan una o más de las funciones en las que el hipotálamo desempeña un papel centralpapel.
Finalmente, a medida que desarrollaron el modelo, los científicos también hicieron otro descubrimiento: la transmisión de señales neuronales en el hipotálamo parece estar dominada por la inhibición neuronal.
Los científicos hicieron el descubrimiento al analizar los marcadores genéticos para la neurotransmisión inhibitoria y excitadora estimuladora. Primero, desarrollaron un mapa de excitación e inhibición en todo el hipotálamo. Luego, compararon el mapa con el nuevo modelo de red.
Descubrieron que la inhibición neuronal está más fuertemente asociada con los nodos de red hubs más conectados del hipotálamo. Hahn dice que esto sugiere que, en general, el hipotálamo está restringido pero preparado para la acción.
Lo compara con un agua detrás de una presa liberada al abrir o cerrar las compuertas.
"No sabemos las consecuencias funcionales de este hallazgo", dice Hahn. "Pero desde una perspectiva mecanicista, eliminar la inhibición de un sistema que está preparado para la acción logra resultados rápidos. Por lo tanto, podría ser beneficioso para la supervivencia".
El estudio fue apoyado en parte por una subvención a Swanson y Hahn de la Fundación Kavli, y por una subvención de los Institutos Nacionales de Salud R01 N5029728 a Watts.
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Materiales proporcionados por Universidad del Sur de California . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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