Observando el cerebro aprender
Imágenes crónicas de 2 fotones de neuronas corticales visuales marcadas con fluorescencia en el cerebro de un ratón adulto vivo: dentro de los primeros 4 días de imágenes, desde el día 0 (d0) hasta el día 4 (d4), una espina dendrítica ( protuberancia dendrítica blanca) se formó recientemente (flecha verde); después de la estimulación visual selectiva durante los siguientes 4 días (hasta el d8), se eliminó la columna vertebral (flecha roja). La flecha blanca apunta a una columna vertebral estable. La eliminación de la espina dendrítica en este paradigma generalmente solo se observa en ratones juveniles, pero también se observa en neuronas adultas deficientes en PSD-95, lo que indica que PSD-95 es necesario para la maduración y estabilización de la sinapsis. Crédito: S Lwel
Comprender los mecanismos celulares y moleculares que subyacen a la plasticidad cerebral (cómo el cerebro puede aprender, desarrollarse y reorganizarse) es fundamental para explicar muchas enfermedades y afecciones. Neurocientíficos de la Universidad de Gttingen y el Centro Médico Universitario de Gttingen (UMG) ahora han logrado obtener imágenes repetidas de las sinapsis, los pequeños sitios de contacto entre las neuronas, en ratones adultos despiertos. Son los primeros en descubrir que las neuronas adultas en la corteza visual primaria con un mayor número de «sinapsis silenciosas» (es decir, sinapsis recién formadas que están inactivadas), que carecen de cierta proteína (PSD-95), muestran cambios estructurales que antes solo eran informado en ratones jóvenes. Esta investigación del Centro de Investigación Colaborativa CRC889 se publicó en PNAS.
Es bien sabido que durante el desarrollo temprano del cerebro existen períodos críticos durante los cuales el cerebro es particularmente plástico y las experiencias individuales pueden desencadenar la reorganización y adaptación en los circuitos neuronales. En cerebros en desarrollo, las sinapsis silenciosas son comunes y ayudan a optimizar funcionalmente las conexiones entre las neuronas principales. Los equipos de investigación del profesor Siegrid Lwel (Universidad de Göttingen) y el profesor Oliver Schlter (UMG) ya habían descubierto que la maduración de las sinapsis silenciosas requiere proteína de densidad postsináptica-95 (PSD-95) y cierra períodos críticos tempranos. Sin embargo, los procesos específicos que gobiernan si las conexiones sinápticas se mantienen o eliminan dependiendo de la experiencia eran en gran parte desconocidos.
Para investigar esto, los investigadores tomaron imágenes de las neuronas de la corteza visual del ratón con un microscopio de dos fotones mientras el animal estaba despierto antes y después de una experiencia visual particular. Como explica el primer autor, Rashad Yusifov, de la Universidad de Göttingen, «los estudios anteriores generalmente han usado ratones anestesiados, pero ahora sabemos que la anestesia en sí misma puede influir en la plasticidad neuronal, razón por la cual hicimos el estudio actual en animales despiertos». Yusifov continúa diciendo: «Esta desafiante técnica, que consiste en localizar repetidamente y obtener imágenes de estructuras muy pequeñas, alrededor de una milésima de milímetro, conocidas como espinas dendríticas, solo puede llevarse a cabo en unos pocos laboratorios en el mundo».
Los investigadores descubrieron que las neuronas adultas deficientes en PSD-95 muestran una mayor eliminación de la columna vertebral dependiente de la experiencia, un efecto que en el pasado solo se observaba en animales jóvenes. Sobre la base de sus descubrimientos anteriores, esta investigación colaborativa muestra que las neuronas deficientes en PSD-95 muestran características de plasticidad tanto funcionales como estructurales asociadas con un período crítico. Esto significa que las neuronas que carecen de PSD-95 mantienen una capacidad juvenil para reestructurar la conectividad cortical incluso en la edad adulta. El autor principal, el profesor Lwel, agrega: «Responder a estas preguntas clave no solo ayudará a comprender las reglas que subyacen al desarrollo, el funcionamiento y el aprendizaje del cerebro, sino que también abrirá nuevas vías para desarrollar conceptos clínicamente relevantes para promover la regeneración y la rehabilitación de cerebros enfermos y lesionados». »
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Las células inmunitarias esculpen circuitos en el cerebro Más información: Rashad Yusifov et al, Spine dynamics of PSD-95-deficient neurons in the visual cortex link sinapsis silenciosas con estructuras corticales plasticidad, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2021). DOI: 10.1073/pnas.2022701118 Información de la revista: Actas de la Academia Nacional de Ciencias
Proporcionado por la Universidad de Gttingen Cita: Watching the brain learn (2021, marzo 8) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-03-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.