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sábado, 11 de marzo de 2017

El cerebro es diez veces más activo de lo previsto

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Un nuevo estudio de la UCLA podría cambiar la comprensión de cómo funciona el cerebro, además de conducir a nuevos enfoques para el tratamiento de trastornos neurológicos y para el desarrollo del ‘pensamiento’ computacional.

Los científicos de la UCLA han descubierto que las dendritas (mostradas aquí en verde) no son sólo conductos pasivos para las corrientes eléctricas entre las neuronas. Crédito: Shelley Halpain / UC San Diego
La investigación se centró en la estructura y función de las dendritas, que son componentes de las neuronas, las células nerviosas del cerebro. Las neuronas son grandes estructuras, parecidas a un árbol, formadas por un cuerpo, el soma, con numerosas ramas llamadas dendritas que se extienden hacia fuera de ellas. Los somas generan breves impulsos eléctricos llamados "picos" para conectarse y comunicarse entre sí. Los científicos, generalmente, habían creído que los picos somáticos activaban las dendritas, que pasivamente enviaban corrientes a las somas de otras neuronas, aunque esto nunca antes había sido probado de forma directa. Este proceso es la base de cómo se forman y almacenan los recuerdos.

Los científicos han creído que este era el papel principal de las dendritas. Pero el equipo de UCLA descubrió que las dendritas no son sólo conductos pasivos. Su investigación demostró en animales que las dendritas son eléctricamente activas y se mueven libremente, generando casi 10 veces más picos que los somas. El hallazgo desafía la creencia de hace tiempo de que los picos en el soma son la principal forma en que se producen la percepción, el aprendizaje y la formación de la memoria.

"Las dendritas representan más del 90 por ciento del tejido neural", señalaba Mayank Mehta, neurofísico de la UCLA, autor principal del estudio. "Saber que son mucho más activos que el soma cambia fundamentalmente la naturaleza de nuestra comprensión de cómo el cerebro computa información, puede abrir caminos para la comprensión y el tratamiento de trastornos neurológicos y el desarrollo de las computadoras".

El nuevo estudio demostró que las dendritas generan sus propios picos 10 veces más a menudo que los somas. También encontraron que las dendritas generan grandes fluctuaciones en el voltaje, además de los picos. Los picos son eventos binarios, todo o nada. Los somas generaban sólo picos de todo o nada, al igual que los ordenadores digitales. Además de producir picos similares, las dendritas también generaron grandes volúmenes de variación lenta que eran incluso mayores que los picos.

Debido a que las dendritas son casi 100 veces más grandes en volumen que los centros neuronales, Mehta apuntaba que el gran número de espigas dendríticas que ocurren podría significar que el cerebro tiene más de 100 veces la capacidad computacional de lo que se pensaba anteriormente.

Medir la actividad eléctrica de las dendritas durante el comportamiento natural ha sido un desafío porque son muy delicadas: en estudios con ratas de laboratorio, los científicos han encontrado que al colocar los electrodos en las mismas dendritas mientras los animales se estaban moviendo mataba realmente esas células. Pero el equipo de la UCLA desarrolló una nueva técnica que consiste en colocar los electrodos cerca, no en las dendritas.

Utilizando este enfoque, los científicos midieron la actividad de las dendritas durante cuatro días en ratas a las que se les permitió moverse libremente dentro de un gran laberinto. Tomando medidas de la corteza parietal posterior (la parte del cerebro que desempeña un papel clave en la planificación del movimiento), los investigadores encontraron mucho más actividad en las dendritas que en los somas, aproximadamente cinco veces más picos mientras las ratas dormían y hasta 10 veces más cuando estaban explorando.

"Muchos modelos anteriores suponen que el aprendizaje ocurre cuando los cuerpos celulares de dos neuronas están activos al mismo tiempo", explicó Jason Moore, investigador postdoctoral de la UCLA y primer autor del estudio. "Nuestros hallazgos indican que el aprendizaje puede tener lugar cuando la neurona de entrada está activa al mismo tiempo que una dendrita está activa, y es posible que diferentes partes de las dendritas sigan activas en diferentes momentos, lo que sugeriría una mayor flexibilidad sobra cómo el aprendizaje puede suceder dentro de una sola neurona."

"Lo que encontramos indica que las decisiones llamadas celulares se toman en las dendritas mucho más a menudo que en el cuerpo celular, y que tales cálculos no son sólo digitales, sino también analógicos", arguyó Mehta. "Debido a las dificultades tecnológicas, la investigación en la función cerebral se ha centrado en gran medida en el cuerpo celular, pero hemos descubierto una vida secreta de las neuronas, especialmente en sus extensas ramas neuronales."

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Traducido y editado por Pedro Donaire
Ref. Science Daily.com, 9 de marzo de 2017
“Brain is ten times more active than previously measured”
Fuente: University of California, Los Angeles. Original por Dan Gordon
Publicación: Jason J. Moore et al. Dynamics of cortical dendritic membrane potential and spikes in freely behaving rats. Science, March 2017 DOI: 10.1126/science.aaj1497.

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