El cerebro se sacude cuando el corazón late, y ahora, los investigadores han encontrado una manera de usar ese movimiento para estudiar mejor las diferencias entre los tipos de neuronas. En un estudio que apareció el 10 de marzo en la revista Informes de celda , los investigadores encuentran que al analizar los cambios en las formas de onda que registran de las neuronas durante un latido del corazón, pueden clasificar con mayor precisión los diferentes tipos de neuronas en el cerebro humano. Este trabajo, dicen, podría ayudarnos a comprender mejor cómo los diferentestipos de células que existen en el cerebro interactúan entre sí para producir cognición y comportamiento.
"Estábamos registrando neuronas del cerebro de pacientes humanos implantados con electrodos para procedimientos neuroquirúrgicos, y alineamos la actividad neuronal al latido del corazón y vimos que muchas neuronas cambiaban su patrón de disparo cada vez que el corazón late", dice Clayton Mosher,del Centro Médico Cedars-Sinai, quien es el primer autor conjunto del estudio con Yina Wei, del Instituto Allen. "Pensamos: 'Está bien, esto es sorprendente'".
Pero a medida que el equipo se acercaba más, se dieron cuenta de que las neuronas no estaban disparando en un patrón diferente; en cambio, el cerebro se sacudía. Por cada latido, los pulsos cerebrales y las neuronas cambian su lugar ligeramente dentro del cráneo.Los científicos estiman que las neuronas cambian alrededor de tres micrómetros, que es menos del ancho de un cabello, durante un latido. La aparición de una diferencia en la activación neuronal fue creada por este movimiento.
"Partimos de algo que muchas personas vieron como resultado del movimiento cerebral en lugar de la actividad neuronal. Lo consideran ruidoso. Lo consideran como una limitación de su experimento", dice Costas Anastassiou, del Instituto Allen, quien es elautor principal del estudio junto con Ueli Rutishauser, del Centro Médico Cedars-Sinai. "Lo que pudimos demostrar es que si se usa de una manera inteligente, este movimiento natural del cerebro puede decirnos mucho más sobre la identidad delas células de las que estamos grabando. Esto se debe a que medir la actividad de la misma neurona desde diferentes ubicaciones en el cerebro proporciona información adicional sobre la neurona ".
Convencionalmente, los científicos clasifican las neuronas en función de su forma de onda, un patrón característico de actividad eléctrica que cada neurona emite cada vez que se activa, es decir, cuando "se dispara". La forma de onda de cada neurona es diferente. Al examinar el ancho deEn forma de onda, los científicos pueden clasificar de manera confiable las neuronas en dos tipos: aquellas con formas de onda angostas y otras con formas de onda anchas.
Ahora, el pequeño movimiento cerebral causado por los latidos del corazón permite a los científicos medir la forma de onda con mayor precisión. A medida que cambia la distancia entre una neurona y el electrodo, la forma de onda medida también cambia. Al medir estos cambios, el equipo demostró quepuede diferenciar entre tres clases diferentes de neuronas en el hipocampo humano: punta estrecha NS, punta ancha uno BS1 y punta ancha dos BS2. Y cada clase tiene diferentes propiedades de activación: los investigadores descubrieron que las neuronas BS1 coordinan susactividad con ondas gamma, mientras que las neuronas BS2 coordinan su actividad con ondas theta.
"Las ondas gamma y theta son patrones de actividad en el cerebro que son muy relevantes para la cognición. Sabemos, por ejemplo, que la memoria y el aprendizaje están muy estrechamente relacionados con las oscilaciones theta. Sabemos que la atención está estrechamente relacionada con las oscilaciones gamma,"dice Anastassiou.
"Al final del día, para comprender cómo funciona el cerebro, necesitamos comprender qué tipos diferentes de células existen en el cerebro y cómo estas clases de células interactúan juntas para producir cognición y comportamiento", dice. "Unonecesita poder cruzar las escalas para decir cómo el mundo microscópico da lugar a este fenómeno conductual que ocurre en el mundo macroscópico. Nuestro trabajo revela, por primera vez, cómo lograr ese puente entre escalas para el cerebro humano ".
Uno de los desafíos en neurociencia es que a menudo hay una diferencia entre cómo se comportan las neuronas en humanos vivos y cómo se comportan cuando se investigan de forma aislada en un corte cerebral. A través de grabaciones de tejido cerebral humano, los investigadores pudieron construirmodelos celulares que simulan las características biofísicas y la morfología de las neuronas reales. El modelo une las grabaciones de corte de cerebro in vivo y ex vivo para servir como una herramienta novedosa para categorizar neuronas. Los modelos computacionales de neuronas humanas pueden usarse para comprender mejorlas señales que grabamos de seres humanos vivos implantados con electrodos.
"En última instancia, lo que queremos entender es, uno, cómo los diferentes tipos de neuronas en el cerebro humano contribuyen a la cognición y el comportamiento", dice Mosher. "El segundo objetivo es investigar cómo los latidos y la respiración, a su vez, influyencomportamiento o cognición "
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