Los científicos de Salk descubren la función y las conexiones de tres tipos de células en el cerebro

Los científicos de Salk descubren la función y las conexiones de tres tipos de células en el cerebro

El uso de herramientas genéticas para interrogar a los tipos de células arroja luz sobre cómo el cerebro procesa la información visual

LA JOLLA—El funcionamiento del cerebro sigue siendo una caja negra: los científicos ni siquiera están seguros de cuántos tipos de células nerviosas existen en el cerebro. Para saber cómo funciona el cerebro, necesitan saber no solo qué tipos de células nerviosas existen, sino también cómo funcionan juntas. Los investigadores del Instituto Salk se han acercado un paso más a desbloquear esta caja negra.

Usando técnicas genéticas y de visualización de vanguardia, el equipo descubrió un nuevo subtipo de célula nerviosa, o neurona, en la corteza visual. El grupo también detalló cómo la nueva célula y dos neuronas similares procesan imágenes y se conectan a otras partes del cerebro. Aprender cómo el cerebro analiza la información visual a un nivel tan detallado puede algún día ayudar a los médicos a comprender los elementos de trastornos como la esquizofrenia y el autismo.

"Comprender estos tipos de células contribuye con otra pieza al rompecabezas que descubre los circuitos neuronales en el cerebro, circuitos que en última instancia tendrán implicaciones para los trastornos neurológicos", dice eduardo callaway, profesor de Salk y autor principal del artículo publicado el 6 de diciembre en la revista Neurona.

Desbloquear el funcionamiento detallado del cerebro ha sido un desafío lento. Históricamente, los científicos usaban tinciones para mostrar que varias neuronas tenían formas distintas y probablemente eran diferentes tipos de células. Sin embargo, el verdadero número de tipos de neuronas en el cerebro sigue siendo un misterio. Callaway compara la tarea de desentrañar la conectividad y función neuronal con la vigilancia de inteligencia. Hace veinte años, la tecnología para rastrear las conexiones entre varias neuronas en el cerebro era tan sofisticada como filmar a un grupo de personas en una esquina de la ciudad hablando por teléfonos celulares: cada persona está hablando con otra, pero la persona en el otro extremo de la conversación. puede estar a una cuadra de distancia, o al otro lado del país. El contenido de las conversaciones sería imposible de deducir.

“De manera similar a esas conversaciones telefónicas, cada tipo de neurona solo está conectada a otros tipos de neuronas, pero podría ser una célula en cualquier otra parte del cerebro”, dice Callaway. Los nuevos modelos de ratones y otras tecnologías desarrolladas en los últimos cinco años ofrecen herramientas de mapeo tan poderosas como la vigilancia de escuchas telefónicas, lo que permite a los científicos rastrear "cuáles son los tipos de neuronas, qué tipos de células se comunican entre sí y de qué hablan". " él dijo.

En su nuevo artículo, Callaway y sus colegas descifraron estas preguntas mediante la manipulación genética selectiva de tipos de células específicas en modelos animales para visualizar el tamaño, la forma y la actividad eléctrica única de tipos individuales de neuronas.

Los tres tipos de neuronas que estudió el equipo son parte de una clasificación más amplia de neuronas llamadas neuronas piramidales excitatorias (llamadas así por su forma), y juegan un papel importante en la corteza cerebral. Aunque todos los experimentos se realizaron en la corteza visual de ratones, es probable que existan los mismos tipos de células neuronales y desempeñen funciones similares en los cerebros de muchos animales, incluidos los humanos.

“Anteriormente, las personas no tenían muy buenas herramientas para etiquetar o observar tipos de células piramidales específicas en los cerebros de ratones despiertos. Pero usando esta tecnología visual de vanguardia, pudimos ver la actividad celular y cómo cada tipo de célula puede procesar diferentes tipos de información para diferentes propósitos”, dijo Euiseok Kim, primer autor del estudio. Neurona artículo y un investigador asociado de Salk.

Los científicos de Salk utilizaron técnicas de imagen especiales para mostrar cómo y cuándo se activaron los tres tipos de células en respuesta a diferentes imágenes mostradas a un ratón vivo. Para rastrear el circuito neuronal de la nueva célula, el equipo utilizó un método del virus de la rabia modificado inventado por el laboratorio de Callaway para mapear las conexiones entre los tres tipos de neuronas y las células en el resto del cerebro.

La combinación de las dos pruebas de imágenes pintó una imagen de las diferentes funciones de las neuronas.

Dos tipos de neuronas que eran sensibles a la información espacial detallada en las pruebas visuales también se mapearon en partes del cerebro responsables de analizar varios bits de información. De manera similar, se demostró que las neuronas que respondieron a la dirección y la velocidad en las pruebas visuales se conectan de manera diferente a las partes del cerebro en el experimento de mapeo de la rabia.

“No es un accidente que un tipo de célula en particular responda a estímulos de movimiento rápido porque esas neuronas se conectan a una parte del cerebro que es responsable de controlar el movimiento de los ojos”, dice Callaway, quien también ocupa la cátedra Audrey Geisel del Instituto. “Las salidas se adaptan a la función del circuito”.

Callaway espera que los experimentos futuros probablemente determinen aún más funciones de estas neuronas.

“Ahora que tenemos esta comprensión de estas neuronas, nos lleva a nuevas hipótesis y nuevas ideas sobre lo que hacen las neuronas”, dice Callaway. "Podemos establecer nuevos experimentos con estos tipos de células y ver cómo cambia el comportamiento en los ratones".

Aprender cómo se conectan y funcionan los tipos de células en diferentes circunstancias puede, en última instancia, ayudar a explicar qué es lo que falla en diversas afecciones, como el autismo y la esquizofrenia.

“La parte del cerebro que estudiamos fue la corteza visual, pero los tipos de células que estamos observando también se encuentran en cualquier otra parte de la corteza cerebral, como las áreas involucradas en funciones motoras o cognitivas”, agrega Callaway.

Otros autores incluyen a Ashley Juavinett, Espoir Kyubwa y Matthew Jacobs del Instituto Salk.

Este trabajo fue financiado por la NIH, la Fundación Caritativa Gatsby, la Fundación Nacional de Ciencias, la Fundación Martinet, la Beca Gilliam del Instituto Médico Howard Hughes y del Programa de formación de científicos médicos de la Universidad de California, San Diego.