Los investigadores de Johns Hopkins Medicine han utilizado con éxito una herramienta de imagen asistida por láser para "ver" lo que sucede en las células cerebrales de los ratones que aprenden a alcanzar y agarrar un gránulo de comida. Sus experimentos, dicen, se suman a la evidencia de que tal motorEl aprendizaje basado en el aprendizaje puede ocurrir en múltiples áreas del cerebro, incluso en aquellas que generalmente no están asociadas con el control motor.
"Los científicos deberían observar todo el cerebro para comprender tipos específicos de aprendizaje", dice Richard Huganir, Ph.D., Profesor Distinguido Bloomberg y Director del Departamento de Neurociencia Solomon H. Snyder de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins"Diferentes partes del cerebro contribuyen al aprendizaje de diferentes maneras, y el estudio de los receptores de células cerebrales puede ayudarnos a descifrar cómo funciona".
El trabajo, dicen los investigadores, en última instancia puede informar los esfuerzos para desarrollar tratamientos para los trastornos neurocognitivos y basados en el aprendizaje.
En un informe sobre el trabajo, que aparece en línea el 31 de diciembre en neurona Huganir y su equipo de investigación dicen que se centraron en los receptores de glutamato de tipo AMPA, o AMPAR, moléculas clave que ayudan a enviar mensajes entre las células cerebrales llamadas neuronas. Los AMPAR funcionan como antenas que se forman a lo largo de la superficie de un punto particular en las neuronas llamadas unsinapsis, donde recibe señales moleculares de otras neuronas.
Para monitorear y medir los niveles de AMPAR en el cerebro de los ratones, los científicos tenían que diseccionar el órgano antes y después de un experimento de aprendizaje y comparar las diferencias. Ahora, los científicos tienen formas de ver directamente el cerebro durante el aprendizaje, registrando miles de sinapsis a la vez.
En los nuevos experimentos, los científicos inyectaron AMPAR codificantes de ADN que llevaban una etiqueta fluorescente en el cerebro de los ratones, y usaron un pulso eléctrico para que las neuronas absorbieran el ADN de AMPAR. Luego, con una herramienta llamada microscopía de dos fotones, los científicosusó un láser, esencialmente un haz de luz intensamente enfocado, para detectar y medir la cantidad de fluorescencia que proviene de los AMPAR etiquetados.
Más fluorescencia es una indicación de una mayor actividad AMPAR y mensajes entre las neuronas, una buena señal de que el aprendizaje y la construcción de la memoria está teniendo lugar en esas neuronas, dice Huganir.
Para "ver" cómo se veía el aprendizaje en las neuronas de los animales de prueba, el equipo de Huganir entrenó a los ratones para alcanzar y agarrar una bolita de comida colocada justo fuera de su jaula usando sus patas. Normalmente, los ratones reciben bolitas con la boca.
Mientras los ratones aprendían cómo alcanzar el gránulo, los científicos encontraron un aumento de aproximadamente un 20% en la actividad de los AMPAR en un área del cerebro conocida como corteza motora, que es conocida por controlar y mover con precisión los músculos.neuronas, los AMPAR parecen luces de un árbol de Navidad y brillan más con una actividad creciente.
Pero los experimentos también mostraron el mismo aumento en los niveles de actividad de AMPAR en la corteza visual también.
"Esto tenía sentido porque la visión es muy importante para el control motor", dice Richard Roth, Ph.D., actualmente becario postdoctoral en la Universidad de Stanford, pero que realizó experimentos para este estudio como estudiante graduado en el laboratorio de Huganir.
"Entonces, hicimos el mismo experimento nuevamente, pero con las luces apagadas", dice Roth.
Usando luz infrarroja, que los ratones no podían ver, los ratones finalmente aprendieron a agarrar la comida con éxito, pero hubo un aumento menor 10% en la actividad de los AMPAR en la corteza visual.
"Creemos que los cerebros de los ratones están utilizando diferentes conjuntos de señales sensoriales en la oscuridad para aprender la tarea motora, incluido el tacto y el olfato, lo que permite que estos otros sentidos se hagan cargo", dice Roth.
Luego, el equipo de investigación repitió los experimentos usando moduladores especializados activados por luz para apagar las neuronas en la corteza motora o visual.
Si los ratones fueron entrenados para obtener el gránulo con las luces de la habitación encendidas, los ratones no podrían completar la tarea si su corteza visual se cerró. "Claramente, estos ratones dependían del aprendizaje centralizado en su corteza visual para alcanzar el gránulo,"dice Roth.
Sin embargo, los ratones inicialmente entrenados para agarrar el gránulo en la oscuridad aún podrían completar la tarea, incluso si su corteza visual se cerró.
"Tradicionalmente hemos pensado que el aprendizaje basado en el motor ocurre únicamente en la parte motora del cerebro, pero nuestros estudios y otros ahora muestran que no es tan específico como habíamos pensado. Hay un mayor efecto cerebral en el aprendizaje,"dice Roth.
Huganir señala que entre los genes que controlan los receptores neuronales involucrados en el aprendizaje se encuentra SYNGAP. Su investigación y la de otros han demostrado que cuando el gen está mutado, contribuye a afecciones que incluyen discapacidad intelectual, autismo y esquizofrenia, todas condiciones marcadas en partepor pensamiento y aprendizaje interrumpido.
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Materiales proporcionado por Medicina Johns Hopkins . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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