Cómo se forman las redes: Trazando el cerebro en desarrollo

Conectomas del cerebro en desarrollo: monitoreando la formación de circuitos inhibitorios desde el nacimiento hasta la edad adulta. Crédito: Reimpreso con permiso de A. Gour et al., Science DOI: 10.1126/science.abb4534 (2020)

¿Cómo se pueden construir redes neuronales que sean más complejas que cualquier cosa conocida hoy en día? Investigadores del Instituto Max Planck para la Investigación del Cerebro en Frankfurt, Alemania, han mapeado el desarrollo de circuitos neuronales inhibitorios e informan el descubrimiento de distintos principios de formación de circuitos. Sus hallazgos permiten a los científicos monitorear el cambio de la estructura de la red neuronal con el tiempo, capturando momentos en los que un individuo crece y se adapta a su entorno.

Los investigadores están comenzando a comprender mejor la complejidad de las redes neuronales que se encuentran en nuestro cerebro y en el de los animales. Pero, en primer lugar, ¿cómo se puede construir un circuito neuronal tan preciso y enrevesado? Sabemos cómo nacen las neuronas, viajan hasta su ubicación en la materia gris, crecen y se diferencian. Pero, ¿cómo y por qué reglas se desarrollan los trillones de sinapsis, los sofisticados puntos de contacto a través de los cuales las neuronas «hablan para enseñar a otras», a menudo en ubicaciones muy precisas para formar las redes de nuestro cerebro? En el trabajo publicado hoy en Science, un equipo del director de Max Planck, Moritz Helmstaedter, analizó un total de trece conjuntos de datos tridimensionales de la corteza de ratones durante diferentes etapas de desarrollo: después del nacimiento, en momentos comparables al bebé, niño, adolescente y adulto joven Utilizaron métodos llamados «conectómica» para mapear los circuitos neuronales que se encuentran en la materia gris de la corteza cerebral, donde se ubican la mayoría de las sinapsis cerebrales. Al centrarse en las sinapsis de un tipo de células nerviosas llamadas interneuronas, que se sabe que inhiben la actividad de otras neuronas de maneras muy específicas, pudieron rastrear el desarrollo de la elección de pareja sináptica para estos tipos particulares de células nerviosas.

«Sorprendentemente, diferentes tipos de interneuronas siguieron cursos de tiempo muy diferentes para establecer sus parejas sinápticas favoritas. Algunas fueron capaces de inervar sus objetivos sinápticos con preferencia similar a la de los adultos ya en las primeras etapas investigadas del circuito que corresponden a los cerebros de los bebés. Esto sucedió inmediatamente cuando se formaron las primeras sinapsis químicas en la materia gris cortical. Otros mostraron mejoras pronunciadas en la elección del objetivo, que muy probablemente se debieron a la eliminación de sinapsis colocadas incorrectamente», explica Anjali Gour, Ph.D. estudiante del departamento y primer autor de este estudio.

Los investigadores utilizan el mapeo conectómico en la corteza en desarrollo para descubrir las reglas de cableado del desarrollo. ¿Cómo se pueden construir redes neuronales que sean más complejas que cualquier cosa conocida hoy en día? Investigadores del Instituto Max Planck para la Investigación del Cerebro en Frankfurt, Alemania, han mapeado el desarrollo de circuitos neuronales inhibitorios e informan el descubrimiento de distintos principios de formación de circuitos. Sus hallazgos permiten a los científicos monitorear el cambio de la estructura de la red neuronal de forma longitudinal, capturando momentos en los que un individuo crece y se adapta a su entorno. Crédito: Gour et al., Science 2020. DOI: 10.1126/science.abb4534

Los estudios habían encontrado antes que en algunas partes del cerebro, el desarrollo no solo implica la creación de nuevas sinapsis, sino que también requiere la eliminación de sinapsis. . Sin embargo, el hallazgo de que la eliminación (o poda) de sinapsis tiene una función precisa y altamente específica para la formación de circuitos inhibitorios fue una gran sorpresa. Los investigadores también encontraron que una clase importante de interneuronas, las llamadas neuronas Chandelier, que se supone que se establecen completamente solo en la adolescencia temprana, muestran una inervación mucho más temprana y sistemática de sus estructuras sinápticas asociadas de lo que se sabía anteriormente.

Estas ideas fueron posibles a pesar del hecho de que el mapeo de conectomas es una técnica de «instantánea»: las redes neuronales se pueden medir en biopsias de tejido cerebral, pero no se pueden seguir con el tiempo en la misma parte del cerebro. Más bien, se deben realizar muchas mediciones de diferentes cerebros. «El hecho de que aún pudiéramos extraer un perfil de desarrollo claro de estos datos ilustra la densidad de información presente en los datos conectómicos», dice Gour. «No habría predicho que encontraríamos patrones de circuitos tan claros en cerebros que aún están en desarrollo», agrega.

Circuitos neuronales de cachorros y ratones adolescentes, mapeados con alta precisión. Crédito: Instituto Max Planck para la Investigación del Cerebro / J. Kuhl

Se cree que los procesos de desarrollo de la formación de redes neuronales y su posible interrupción son los principales contribuyentes a algunos de los principales trastornos psiquiátricos, y un enfoque particular de investigación ha identificado una contribución de circuitos inhibidores de estas disfunciones. Por lo tanto, una comprensión precisa y detallada del circuito inhibitorio es un requisito previo para el análisis dirigido y la posible interferencia en tales condiciones de enfermedad. «Esperamos poder mapear con mucha más precisión la formación de redes normales e interrumpidas en los circuitos corticales para comprender las posibles alteraciones en las enfermedades psiquiátricas y posiblemente identificar los fenotipos de las conectopatías», dice Helmstaedter.

Lo que los investigadores El informe en el documento corresponde a la «detección conectómica», que fue posible gracias al rendimiento mucho mayor de los métodos conectómicos logrados recientemente. «Esperamos que este enfoque sea tan ampliamente aplicable como el cribado genético: estudiar la estructura de las redes neuronales en una amplia gama de circunstancias normales y de enfermedad para comprender las alteraciones y los puntos en común que se encuentran en los cerebros de los mamíferos».

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En lo más profundo del cerebro: Mapeo de redes neuronales densas en la corteza cerebral Más información: Desarrollo conectómico postnatal de la inhibición en la corteza de barril de ratón. Ciencia (2020). science.sciencemag.org/lookup/ … 1126/science.abb4534 Proporcionado por Max Planck Society Cita: Cómo se forman las redes: Gráficos del cerebro en desarrollo (2020, 3 de diciembre) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020- 12-networks-brain.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.