Tu cerebro tiene ritmo

Tu cerebro tiene ritmo

Los científicos de Salk crean sistemas cerebrales sintéticos llamados "circuitoides" para comprender mejor los movimientos disfuncionales en el Parkinson, la ELA y otras enfermedades.

LA JOLLA—No todos somos Fred Astaire o Michael Jackson, pero incluso aquellos de nosotros que parecemos tener dos pies izquierdos tenemos ritmo—en nuestros cerebros. Desde respirar hasta caminar y masticar, nuestros días están llenos de acciones repetitivas que dependen del disparo rítmico de las neuronas. Sin embargo, el circuito neuronal que sustenta estos comportamientos aparentemente ordinarios no se comprende completamente, aunque una mejor comprensión podría conducir a nuevas terapias para trastornos como Enfermedad de Parkinson, ELA y autismo.

Recientemente, los neurocientíficos del Instituto Salk utilizaron células madre para generar diversas redes de sistemas autónomos de la médula espinal en un plato, llamados circuitoides, para estudiar este patrón rítmico en las neuronas. El trabajo, que aparece en línea en la edición del 14 de febrero de 2017 de ELIFE, revela que algunos de los circuitoides, sin indicaciones externas, exhibieron una actividad rítmica coordinada y espontánea del tipo conocido para impulsar movimientos repetitivos.

"Todavía es muy difícil contemplar cómo grandes grupos de neuronas con literalmente miles de millones, si no billones, de conexiones toman información y la procesan", dice el autor principal del trabajo, el profesor Salk. samuel pff, quien también es Instituto Médico Howard Hughes investigador y ocupa la cátedra Benjamin H. Lewis. "Pero creemos que desarrollar este tipo de circuito simple en un plato nos permitirá extraer algunos de los principios de cómo funcionan los circuitos cerebrales reales. Con esa información básica tal vez podamos comenzar a comprender cómo van mal las cosas en las enfermedades".

Las células nerviosas del cerebro y la médula espinal se conectan entre sí como circuitos electrónicos. Y así como los circuitos electrónicos constan de muchos componentes, el sistema nervioso contiene una vertiginosa variedad de neuronas, lo que a menudo da como resultado redes con muchos cientos de miles de células. Para modelar estos circuitos neuronales complejos, el laboratorio de Pfaff incitó a las células madre embrionarias de ratones a crecer en grupos de neuronas de la médula espinal, a las que llamaron circuitoides. Cada circuitoide normalmente contenía 50,000 células en grupos lo suficientemente grandes como para verlos a simple vista, y con diferentes proporciones de subtipos neuronales.

Con herramientas moleculares, los investigadores etiquetaron cuatro subtipos clave de neuronas excitatorias (que promueven una señal eléctrica) e inhibidoras (que detienen una señal eléctrica) vitales para el movimiento, llamadas V1, V2a, V3 y neuronas motoras. Al observar las células en los circuitoides en tiempo real usando microscopía de alta tecnología, el equipo descubrió que los circuitoides compuestos solo por neuronas excitadoras V2a o V3 o motoneuronas excitatorias (que controlan los músculos) se activaron espontáneamente de manera rítmica, pero que los circuitoides que comprenden solo neuronas inhibidoras no lo hicieron. . Curiosamente, la adición de neuronas inhibidoras a los circuitoides excitadores V3 aceleró la velocidad de disparo, mientras que su adición a los circuitosides motores hizo que las neuronas formaran subredes, circuitos independientes más pequeños de actividad neuronal dentro de un circuitoide.

“Estos resultados sugieren que variar las proporciones de neuronas excitatorias e inhibidoras dentro de las redes puede ser una forma en que los cerebros reales crean circuitos complejos pero flexibles para gobernar la actividad rítmica”, dice Pfaff. "Los circuitoides pueden revelar la base de controles neuronales complejos que conducen a tipos de comportamientos mucho más elaborados a medida que nos movemos por nuestro mundo de una manera fluida".

Debido a que estos circuitos contienen neuronas que funcionan activamente como una red interconectada para producir patrones de activación, Pfaff cree que modelarán más de cerca un aspecto normal del cerebro que otros tipos de sistemas de cultivo celular. Además de estudiar con mayor precisión los procesos patológicos que afectan a los circuitos, la nueva técnica también sugiere un mecanismo mediante el cual la actividad cerebral disfuncional podría tratarse alterando las proporciones de los tipos de células en los circuitos.

Otros autores incluyeron: Matthew J. Sternfeld, Christopher A. Hinckley, Niall J. Moore, Matthew T. Pankratz, Kathryn L. Hilde, Shawn P. Driscoll, Marito Hayashi, Neal D. Amin, Dario Bonanomi, Wesley D. Gifford, y Martyn Goulding de Salk; y Kamal Sharma de la Universidad de Illinois, Chicago.

El trabajo fue financiado por la Instituto Nacional del Cáncer en los Institutos Nacionales de Salud; el Fundación Rose Hills; El Fideicomiso benéfico HA y Mary K. Chapman; El Universidad de California, San Diego, Programa de Posgrado en Neurociencias; una beca del Premio del Servicio Nacional de Investigación de EE. Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares; El Fundación Nacional de Ciencias; el Programa de Apoyo Estudiantil a Largo Plazo del Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología de Japón; la Fundación Timken-Sturgis; el Instituto de California para la medicina regenerativa; el Instituto Médico Howard Hughes; el Fundación Christopher y Dana Reeve; El Fundación del Patrimonio Marshall; y el fideicomiso benéfico Sol Goldman.