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» » Neurocientíficos revelan cómo el cerebro puede mejorar las conexiones

Referencia: News.MIT.edu .
"Neuroscientists reveal how the brain can enhance connections"
por Anne Trafton, 18 de noviembre 2015
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Cuando el cerebro forma recuerdos o aprende una nueva tarea, codifica la nueva información mediante conexiones entre las neuronas. Neurocientíficos del MIT han descubierto un nuevo mecanismo que contribuye al fortalecimiento de estas conexiones, también llamada sinapsis.


Las neuronas motoras (verde) forman la sinapsis (en magenta) en las fibras musculares de una mosca de la fruta. Los neurocientíficos del MIT han descubierto una vía que contribuye al fortalecimiento de estas sinapsis. Crédito Troy Littleton
En cada sinapsis, una neurona presináptica envía señales químicas a una o más células receptoras postsinápticas. En la mayoría de estudios anteriores acerca de cómo estas conexiones evolucionan, los científicos se han estado centrando en el papel de las neuronas postsinápticas. Pero lo que descubierto el equipo del MIT es que las neuronas presinápticas también influyen en la fuerza de conexión.

"Este mecanismo que hemos descubierto en la parte presináptica se suma al conjunto de herramientas que ya tenemos para entender cómo pueden cambiar las sinapsis", señala Troy Littleton, profesor en los departamentos de Biología y Cerebro y Ciencias Cognitivas del MIT, además de miembro Instituto Picower del MIT de Aprendizaje y Memoria, y autor principal del estudio, publicado en la edición del 18 de noviembre en la revista Neuron.

Aprender más acerca de cómo cambian las sinapsis sus conexiones podría ayudar a los científicos a comprender mejor los trastornos del neurodesarrollo como el autismo, ya que muchas de las alteraciones genéticas relacionadas con el autismo se encuentran en los genes que codifican las proteínas sinápticas.

Richard Cho, investigador en el Instituto Picower, es el autor que dirigió el estudio.

Volver a cablear el cerebro

Una de las cuestiones más importantes en el campo de la neurociencia es cómo el cerebro se recablea a sí mismo para responder a las cambiantes condiciones de comportamiento, una habilidad conocida como plasticidad. Esto es particularmente importante durante el desarrollo temprano, aunque continúa durante toda la vida conforme el cerebro sigue aprendiendo y forma nuevos recuerdos.

En los últimos 30 años, los científicos han descubierto que una fuerte entrada en una célula postsináptica causa un mayor tráfico de receptores de neurotransmisores en su superficie, amplificando la señal que recibe desde la célula presináptica. Este fenómeno, conocido como potenciación a largo plazo (LTP), produce de forma persistente y con alta frecuencia la estimulación de la sinapsis. La depresión a largo plazo (LTD), un debilitamiento de la respuesta postsináptica causada por una estimulación de muy baja frecuencia, puede ocurrir cuando se eliminan estos receptores.

Los científicos se han centrado menos en el papel de la neurona presináptica en la plasticidad, en parte porque es más difícil de estudiar, apunta Littleton.

Su laboratorio ha pasado varios años estudiando el mecanismo de cómo las células presinápticas liberan los neurotransmisores en respuesta a los picos de actividad eléctrica conocida como potenciales de acción. Cuando la neurona presináptica registra una afluencia de iones de calcio, que transportan la sobrecarga eléctrica del potencial de acción, las vesículas que almacenan neurotransmisores se fusionan con la membrana de la célula y vierten su contenido hacia fuera de la célula, donde se unen a los receptores de la neurona postsináptica.

La neurona presináptica también libera el neurotransmisor en ausencia de potenciales de acción, en un proceso llamado liberación espontánea. Estos "minis" han sido previamente pensado para representar el ruido que sucede en el cerebro. Sin embargo, Littleton y Cho encontraron que estos minis podían ser regulados a fin de conducir plasticidad sináptica estructural.

Para investigar cómo se fortalecen las sinapsis, Littleton y Cho estudiaron un tipo de sinapsis conocida como uniones neuromusculares en las moscas de la fruta. Los investigadores estimularon las neuronas presinápticas con una serie rápida de potenciales de acción, en un corto período de tiempo. Como era de esperar, estas células liberan neurotransmisores sincrónicamente con los potenciales de acción. Sin embargo, para su sorpresa, los investigadores encontraron que dichos mini eventos mejoraron enormemente después de haber terminado la estimulación eléctrica.

"Cada sinapsis en el cerebro libera estos mini eventos, pero la gente los ha ignorado en gran medida, ya que sólo inducen una muy pequeña cantidad de actividad en la célula postsináptica", dice Littleton. "Cuando le dimos un fuerte pulso de actividad a estas neuronas, estos mini eventos, que normalmente tienen muy baja frecuencia, pronto se intensificaron quedándose elevados durante varios minutos antes de bajar."

El crecimiento sináptico

La mejora de los minis parece provocar que la neurona postsináptica libere un factor de señalización, aún no identificado, que se remonta a la célula presináptica y activa una enzima llamada PKA. Esta enzima interactúa con una proteína vesicular llamada complexina, que normalmente actúa como freno, sujetando la vesícula para evitar la liberación de neurotransmisores hasta que sea necesario. La estimulación por PKA modifica la complexina para que se libere de la sujeción, produciendo los mini-eventos.

Cuando estos pequeños paquetes de neurotransmisores son liberados en tasas elevadas, ayudan a estimular el crecimiento de nuevas conexiones, conocidos como boutons [sinapsis química], entre las neuronas presinápticas y postsinápticas. Esto hace que la neurona postsináptica sea aún más sensible a cualquier futura comunicación de la neurona presináptica.

"Por lo general usted tiene 70 o menos de estos boutons por célula, pero si se estimula la célula presináptica se puede hacer crecer nuevas boutons intensamente. Se duplicarán el número de sinapsis que se van formando", señala Littleton.

Los investigadores observaron este proceso a lo largo de todo el desarrollo larvario de las moscas, que dura de tres a cinco días. No obstante, Littleton y Cho han podido demostrar que los cambios agudos en la función sináptica también pueden conducir a una plasticidad sináptica estructural durante el desarrollo.

"La maquinaria de la terminal presináptica se puede modificar de una manera muy intensa para que pueda conducir a ciertas formas de plasticidad, lo cual podría ser muy importante no sólo en el desarrollo, sino también en los estados más maduros donde pueden ocurrir cambios sinápticos durante los procesos de comportamiento como el aprendizaje y la memoria", dice Cho.

La importancia del estudio reside en que es uno de los primeros en revelar cómo las neuronas presináptica contribuyen a la plasticidad, comentaba María Bykhovskaia, profesora de neurología en la Facultad de Medicina de la Universidad Estatal de Wayne, que no participó en la investigación.

"Se sabía que el crecimiento de las conexiones neuronales estaba determinado por la actividad, pero saber lo que exactamente estaba pasando no estaba muy claro", añadió. "Ellos han sabido utilizar a la Drosophila para determinar la vía molecular."

El laboratorio de Littleton está ahora tratando de averiguar más acerca de los detalles mecánicos acerca de cómo controla la complexina la liberación vesícular.

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Imagen: Sinapsis. Las neuronas motoras (verde) forman la sinapsis (en magenta) en las fibras musculares de una mosca de la fruta. Los neurocientíficos del MIT han descubierto una vía que contribuye al fortalecimiento de estas sinapsis. Crédito Troy Littleton

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