Cómo los circuitos neuronales logran un equilibrio entre la excitación y la inhibición
Neuronas de células inhibitorias (rojas) y excitatorias (verdes) en un 80% de cultivo inhibitorio (4 veces lo normal). Las redes resultantes son sorprendentemente robustas a esta perturbación estructural. Crédito: Universidad de Tbingen
Un equipo de investigadores de Tbingen e Israel descubre cómo las estructuras cerebrales pueden mantener la función y la dinámica estable incluso en condiciones inusuales. Sus resultados podrían sentar las bases para una mejor comprensión y tratamiento de enfermedades como la epilepsia y el autismo.
Las neuronas del cerebro están conectadas entre sí, formando pequeñas unidades funcionales llamadas circuitos neuronales. Una neurona que está conectada a otra a través de una sinapsis puede transmitir información a la segunda neurona mediante el envío de una señal. Esto, a su vez, podría provocar que la segunda neurona transmita una señal a otras neuronas en el circuito neural. Si eso sucede, es probable que la primera neurona sea una neurona excitatoria: una que incita a otras neuronas a disparar. Pero las neuronas con la tarea exactamente opuesta son igualmente importantes para la funcionalidad del cerebro: las neuronas inhibidoras, que hacen que sea menos probable que las neuronas a las que están conectadas envíen una señal a otras.
La interacción de excitación y la inhibición es crucial para el funcionamiento normal de las redes neuronales. Su desregulación se ha relacionado con muchos trastornos neurológicos y psiquiátricos, como la epilepsia, la enfermedad de Alzheimer y los trastornos del espectro autista.
Curiosamente, la proporción de neuronas inhibitorias entre todas las neuronas en varias estructuras cerebrales (como la neocorteza o el hipocampo) permanece fijo a lo largo de la vida de un individuo en un 15-30%. «Esto provocó nuestra curiosidad: ¿qué tan importante es esta proporción en particular?» recuerda Anna Levina, investigadora de la Universidad de Tbingen y del Instituto Max Planck de Cibernética Biológica. «¿Pueden los circuitos neuronales con una proporción diferente de neuronas excitatorias e inhibidoras seguir funcionando normalmente?» Sus colaboradores del Instituto de Ciencias Weizmann en Rehovot (Israel) diseñaron un novedoso experimento que permitiría responder a estas preguntas. Cultivaron cultivos que contenían proporciones diferentes, incluso extremas, de neuronas excitatorias e inhibidoras.
Luego, los científicos midieron la actividad de estos tejidos cerebrales diseñados artificialmente. «Nos sorprendió que las redes con varias proporciones de neuronas excitatorias e inhibitorias permanecieran activas, incluso cuando estas proporciones estaban muy lejos de las condiciones naturales», explica el Ph.D. de Levina. estudiante Oleg Vinogradov. «Su actividad no cambia drásticamente, siempre que la proporción de neuronas inhibitorias se mantenga en algún lugar en el rango del 10% al 90%». Parece que las estructuras neuronales tienen una forma de compensar su composición inusual para permanecer estables y funcionales.
Entonces, naturalmente, los investigadores preguntaron a continuación: ¿qué mecanismo permite que el tejido cerebral se ajuste a estas diferentes condiciones? Los investigadores teorizaron que las redes se adaptan ajustando la cantidad de conexiones: si hay pocas neuronas inhibitorias, tienen que asumir un papel más importante al construir más sinapsis con las otras neuronas. Por el contrario, si la proporción de neuronas inhibitorias es grande, las neuronas excitatorias tienen que compensar esto estableciendo más conexiones.
El modelo teórico de los científicos de Tbingen puede explicar los hallazgos experimentales de sus colegas en Rehovot y descubrir los mecanismos que ayudan a mantener una dinámica estable en el cerebro. Los resultados proporcionan una imagen más clara de cómo se conserva el equilibrio de excitación/inhibición y dónde falla en las redes neuronales vivas. A más largo plazo, podrían ser útiles para el campo emergente de la medicina de precisión: los cultivos neuronales derivados de células madre pluripotentes inducidas podrían usarse para encontrar mecanismos de trastornos neuropsiquiátricos y nuevos medicamentos.
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El modelo computacional revela cómo el cerebro gestiona los recuerdos a corto plazo Más información: Nirit Sukenik et al. Los circuitos neuronales superan el desequilibrio en la excitación y la inhibición ajustando los números de conexión, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2021). DOI: 10.1073/pnas.2018459118 Información de la revista: Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias
Proporcionado por la Universidad de Tbingen Cita: Cómo los circuitos neuronales logran un equilibrio entre la excitación e inhibición (2021, 16 de marzo) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-03-neural-circuits-inhibition.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.