13 de Junio de 2006
La Jolla, CA – Por primera vez, los investigadores del Instituto Salk de Estudios Biológicos han demostrado que los contactos entre células en el cerebro juegan un papel activo en el procesamiento de la información: llamadas sinapsis, estas interfaces actúan como filtros precisos que detectan y amplifican información significativa. información, informan los investigadores de Salk en la edición actual de PLoS Biología, disponible en linea.
Las neuronas a menudo se consideran las unidades computacionales primarias del cerebro. Pero no estaba claro si las conexiones entre las neuronas participaban activamente en el proceso computacional o simplemente actuaban para transmitir información.
“Nuestro estudio muestra que las sinapsis no solo aseguran el flujo de información, sino que también modifican activamente sus propiedades para ayudar con los cálculos”, dice el investigador médico de Howard Hughes, Charles Stevens, profesor en el Laboratorio de Neurobiología Molecular y autor principal del estudio.
El autor principal, Vitaly Klyachko, investigador postdoctoral que trabaja con Stevens, explica: “Las células cerebrales producen una gran cantidad de conversaciones de fondo. Las sinapsis filtran este ruido aleatorio y mejoran la información relevante. Funcionan como filtros muy ajustados que hacen exactamente lo que usted quisiera que hicieran”.
Las células cerebrales envían señales mediante el envío de impulsos eléctricos a lo largo de los axones, largas extensiones similares a cabellos que llegan a las células nerviosas vecinas. Hacen contacto a través de sinapsis, de la palabra griega que significa "juntar". Cuando una señal eléctrica llega al final de un axón, el cambio de voltaje desencadena la liberación de neurotransmisores, los mensajeros químicos del cerebro. Estas moléculas de neurotransmisores luego viajan a través del espacio entre las neuronas en una sinapsis y activan una señal eléctrica en la célula adyacente.
Los científicos habían postulado que las sinapsis desempeñan un papel importante en el procesamiento de la información en el cerebro. Pero no todas las señales se transmiten. Al igual que las llamadas de teléfonos celulares se interrumpen en áreas de cobertura irregular, las sinapsis caen hasta en un 90 por ciento de todas las señales entrantes. "La falta de fiabilidad de las conexiones neuronales que supuestamente transmiten y procesan información en todo el cerebro era difícil de conciliar con el hecho de que el cerebro en su conjunto es muy fiable", dice Klyachko.
Para tratar de llegar al fondo de este enigma, los investigadores de Salk se basaron en patrones de actividad naturales que se registraron en animales vivos de una parte del cerebro conocida como hipocampo, una estructura fundamental para la formación de la memoria y el aprendizaje. Utilizaron estos patrones registrados para estimular grupos aislados de neuronas y midieron qué señales transmitían las sinapsis a las células vecinas y cuáles dejaban caer.
En el pasado, estudios similares se realizaban comúnmente a temperatura ambiente. Dado que los científicos habían descubierto que los resultados a menudo eran demasiado complejos para interpretarlos, los investigadores de Salk registraron los datos en condiciones más cálidas, ligeramente por debajo de la temperatura corporal. “Intuitivamente, grabé a temperaturas fisiológicas en lugar de a temperatura ambiente y esa resultó ser la clave”, recuerda Klyachko. "Descubrí que la transmisión sináptica depende en gran medida de la temperatura".
A partir de ahí, solo hubo un pequeño paso hasta el descubrimiento de que los dos tipos principales de sinapsis, las excitatorias y las inhibitorias, que antes se pensaba que siempre trabajaban una contra la otra, actúan en conjunto para identificar patrones que transportan información relevante en una señal entrante. Stevens explicó: "Las sinapsis reconocen las ráfagas de actividad neuronal y aumentan su fuerza, actuando como un interruptor". Como resultado, se amplifican los patrones significativos, mientras que el ruido perdido desaparece en una especie de "abismo sináptico".
Hasta ahora, la evidencia experimental de una función de filtrado de las sinapsis ha sido esquiva. “Nuestro trabajo es la confirmación que todos han estado esperando”, explica Klyachko. "Son las propiedades de filtrado ajustadas con precisión de los dos tipos principales de sinapsis y su colaboración lo que hace que el procesamiento de la información sea confiable".
El Instituto Salk de Estudios Biológicos en La Jolla, California, es una organización independiente sin fines de lucro dedicada a los descubrimientos fundamentales en las ciencias de la vida, la mejora de la salud humana y la capacitación de futuras generaciones de investigadores. Jonas Salk, MD, cuya vacuna contra la poliomielitis casi erradicó la poliomielitis, una enfermedad paralizante en 1955, inauguró el Instituto en 1965 con un terreno donado por la ciudad de San Diego y el apoyo financiero de March of Dimes.
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