Celulas nerviosas activas

Pensar, sentir, actuar: nuestro cerebro es el centro de control en la cabeza que dirige todo lo que hacemos. Una red de alrededor de 100 mil millones de células nerviosas unidas por alrededor de 100 billones de sinapsis proporciona la base para estos mecanismos. Neurocientíficos del Centro Alemán de Primates (DPZ) – El Instituto Leibniz para la Investigación de Primates examinó por primera vez cómo se organiza esta red neuronal y cómo el flujo de información entre diferentes áreas del cerebro se coordina a nivel de células nerviosas individuales. A través de estudios con monos rhesus, han descubierto que las células nerviosas en las diferentes áreas del cerebro que controlan los movimientos de nuestras manos interactúan fuertemente entre sí y están organizadas en grupos funcionales de áreas cruzadas. También mostraron que unas pocas neuronas controlan la red actuando como nodos centrales (hubs) y coordinan el flujo de información dentro de la red de células nerviosas. Estos centros también se comunican mucho entre sí (club rico) y, por lo tanto, forman una red troncal que abarca toda la zona para la comunicación. Curiosamente, el tipo de comunicación entre hubs difiere de la de la red restante. El procesamiento de la información a través de los centros se caracteriza por su actividad rítmica que se sincroniza entre sí. Esto sugiere que grandes grupos de neuronas se sincronizan rítmicamente para conectar partes del cerebro para resolver tareas específicas.

Las funciones de nuestro cerebro, como pensar, recordar, percibir y controlar el movimiento, solo pueden surgir a través de la interacción de la red de células nerviosas. Es el tema de numerosos proyectos de investigación para examinar cómo está estructurada esta red. A través de enfoques teóricos gráficos y estudios cerebrales como la electroencefalografía (EEG) o la resonancia magnética funcional (fMRI), se sabe desde hace tiempo que varias regiones del cerebro están organizadas como una red compleja, lo que permite un procesamiento de la información rápido y resistente a fallas . Usando estos métodos, no es posible medir la actividad de las células nerviosas individuales. Sin embargo, esto es necesario para comprender cómo surgen enfermedades neurológicas como la esquizofrenia y el autismo.

Estudios sobre el nivel de las células nerviosas

“En nuestro estudio, queremos descubrir cómo la red de células nerviosas individuales se organiza a través de varias áreas del cerebro”, dice Benjamin Dann, estudiante de doctorado en el Laboratorio de Neurobiología en el Centro Alemán de Primates y autor principal del estudio. “También queríamos saber exactamente cómo se coordina el flujo de información entre las células nerviosas de diferentes áreas del cerebro”. Para esto, tres monos rhesus fueron entrenados para ejecutar repetidamente una tarea de agarre. Durante la tarea, la actividad de las células nerviosas en tres áreas diferentes del cerebro, la corteza intraparietal anterior (AIP), la corteza premotora (F5) y la corteza motora primaria (M1) se midió mediante los llamados conjuntos de microelectrodos. Estas regiones cerebrales forman una red neuronal que controla la planificación y la ejecución de los movimientos de las manos.

Las células nerviosas en el club rico disparan rítmicamente

Los científicos descubrieron que las células nerviosas de las tres áreas del cerebro forman una fuerte red interconectada, que a su vez se organiza en subunidades funcionales (módulos). Sorprendentemente, estos módulos no corresponden a las tres áreas consideradas del cerebro. El 84 por ciento de los módulos no se limitaba a un área, sino que también incluía células nerviosas de las otras dos áreas. Además, podrían mostrar que hay neuronas individuales dentro de la red, que juegan un papel central. “Estos nodos o concentradores tienen desproporcionadamente más conexiones en la red que las otras células nerviosas”, explica Benjamin Dann. “Además, están altamente interconectados y forman un llamado club rico a nivel celular, que se puede utilizar para coordinar el enrutamiento de la información en la red”.

Además, los científicos observaron que las células nerviosas son rítmicamente activas en el club rico y también se comunican con el resto de la red rítmicamente. Las otras células nerviosas, sin embargo, son principalmente activas arrítmicamente. “Fuimos los primeros en demostrar que la actividad rítmica en las frecuencias fijas es una característica importante del núcleo central y de las células del club rico que coordinan el flujo de información”, resume Benjamin Dann. “Suponemos que la sincronía rítmica de las neuronas es un mecanismo clave para la comunicación rápida y robusta en todo el cerebro. Por lo tanto, incluso los grupos distantes de neuronas pueden estar conectados funcionalmente para realizar ciertos pensamientos o acciones”.

El estudio puede contribuir en el futuro a una mejor comprensión de las enfermedades neuronales como la esquizofrenia y el autismo que se ven afectadas por la interferencia de la sincronía rítmica y las alteraciones en la estructura de la red. El conocimiento preciso de estos procesos en el cerebro es importante para desarrollar nuevas terapias.

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