Descubrimiento de una señal que es la primera de su tipo en el cerebro humano: ScienceAlert

Los científicos han podido identificar una forma única de mensajería celular que se produce en el cerebro humano. Revela cuánto nos queda por aprender sobre su misterioso funcionamiento interno.

Curiosamente, este descubrimiento sugiere que nuestros cerebros pueden ser unidades computacionales más poderosas de lo que imaginábamos.

En 2020, investigadores de institutos de Alemania y Grecia informaron sobre un mecanismo en las células corticales extracelulares del cerebro que produce una nueva señal de «gradiente» propia, una señal que podría proporcionar a las neuronas individuales otra forma de llevar a cabo sus funciones lógicas.

Midiendo la actividad eléctrica en secciones de tejido extirpado durante la cirugía en pacientes con epilepsia y analizando su estructura mediante microscopía de fluorescencia, los neurocientíficos han descubierto que las células individuales de la corteza cerebral utilizan no sólo los habituales iones de sodio para dispararse, sino también el calcio.

Esta combinación de iones cargados positivamente desencadenó ondas de potencial eléctrico que nunca antes se habían visto, que se conocen como potenciales de acción dendríticos mediados por calcio o dCaAP.

Los cerebros –especialmente los de la especie humana– a menudo se comparan con las computadoras. De hecho, esta medición tiene sus limitaciones, pero en algunos niveles los dispositivos realizan sus tareas de manera similar.

Ambos utilizan la potencia del voltaje eléctrico para realizar diferentes operaciones. En las computadoras, se trata de un simple flujo de electrones a través de uniones llamadas transistores.

En las neuronas, la señal se presenta en forma de una onda de canales abiertos y cerrados que intercambian partículas cargadas como sodio, cloruro y potasio. Este pulso de iones que fluyen se llama pulso. Potencial de acción.

En lugar de transistores, las neuronas conducen estos mensajes químicamente al final de ramas llamadas dendritas.

«Las dendritas neuronales son fundamentales para comprender el cerebro porque forman el núcleo que determina el poder computacional de las neuronas individuales», dice el neurocientífico de la Universidad Humboldt. Matthew Larcom le dijo a Walter Beckwith En la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia en enero de 2020.

Las dendritas neuronales son las señales de tráfico en nuestro sistema nervioso. Si el potencial de acción es lo suficientemente grande, puede transmitirse a otros nervios, que pueden bloquear o transmitir el mensaje.

Ésta es la razón de ser de nuestro cerebro: ondas de voltaje eléctrico que pueden comunicarse colectivamente de dos formas: Y mensaje (si x Y Si está activado, se pasa el mensaje); o o mensaje (si x o Se ejecuta y y se pasa el mensaje).

Esto es ciertamente más complejo que en cualquier otro lugar de la densa y arrugada sección exterior del sistema nervioso central humano; Corteza cerebral. La segunda y tercera capas más profundas son particularmente gruesas y están llenas de ramas que realizan funciones de nivel superior que asociamos con la sensación, el pensamiento y el control del movimiento.

Los investigadores examinaron de cerca el tejido de estas capas, conectando las células a un dispositivo llamado pinza de parche somático dendrítico para enviar potenciales activos hacia arriba y hacia abajo de cada neurona, registrando sus señales.

«Hubo un momento eureka asombroso cuando vimos por primera vez los potenciales de acción dendríticos». Larcom dijo.

Para asegurarse de que los hallazgos no fueran exclusivos de las personas con epilepsia, volvieron a verificar sus hallazgos en una pequeña cantidad de muestras tomadas de tumores cerebrales.

Mientras el equipo realizaba experimentos similares En ratonesLos tipos de señales que observaron zumbando a través de las células humanas eran muy diferentes.

Más importante aún, cuando administraron a las células una dosis de un bloqueador de los canales de sodio llamado tetrodotoxina, encontraron una señal. Todo se calmó sólo con la retención de calcio.

El descubrimiento de un potencial de acción mediado por calcio es bastante interesante. Pero modelar la forma en que funciona este nuevo tipo sensible de señal en la corteza cerebral ha revelado una sorpresa.

además de lógico Y Y o– funciones de tipo, estas neuronas individuales pueden actuar como 'Exclusivo' o (XOR) interseccionesque sólo permite una señal cuando otra señal está clasificada con un estilo determinado.

«Tradicionalmente, XOR «Se creía que el proceso requería una solución de red». Los investigadores escribieron.

Se necesitan más esfuerzos para comprender cómo se comportan las proteínas dCaAP en neuronas enteras y en un sistema vivo. Sin mencionar si estas proteínas son creadas por el hombre o si han evolucionado mecanismos similares en otras partes del reino animal.

La tecnología también busca inspiración en nuestro sistema nervioso para desarrollar mejores dispositivos; Saber que nuestras células individuales tienen más trucos bajo la manga puede conducir a nuevas formas de interconectar transistores.

Cómo esta nueva herramienta de razonamiento integrada en una sola neurona se traduce en funciones superiores es una pregunta que los futuros investigadores tendrán que responder.

Esta investigación fue publicada en Ciencias.

La versión original de este artículo se publicó en enero de 2020.