Los cerebros manejan las neuronas como los controladores de tráfico aéreo manejan los movimientos de los aviones
Nuestros cerebros comunican información de una manera que puede compararse con un controlador de tráfico aéreo. Crédito: Shutterstock
Los controladores de tráfico aéreo monitorean los movimientos de miles de vuelos teniendo en cuenta los tipos de aeronaves utilizadas y la carga transportada a los destinos en tiempo real. Además, para coordinar adecuadamente las llegadas y salidas, las velocidades de los aviones deben ajustarse constantemente. Sin este control constante que se adhiere a reglas claras de navegación, el caos invadiría el espacio aéreo.
Mi investigación en neurofisiología y neurociencia me ha demostrado que el cerebro es un sistema biológico rico y complejo. Cada día se enfrenta a la misma situación que un controlador de tráfico aéreo pero a una escala completamente diferente: tiene que gestionar el tráfico incesante de señales que pasan entre miles de millones de neuronas y coordinar su ritmo constantemente.
¿Cómo hace esto el cerebro?
La mayor parte del volumen de nuestro cerebro está ocupado por cables llamados axones, que forman una red compleja llamada materia blanca. Como un laberinto de vías respiratorias que une ciudades de todo el mundo, la materia blanca gestiona la comunicación y la coordinación entre las diversas áreas donde las poblaciones de neuronas procesan la información. Estas áreas están ubicadas en diferentes partes del cerebro, a veces cerca unas de otras, a veces lejos: este es el principio de la computación distribuida.
¡Cuanto más rápido, mejor!
La el control del tráfico en el cerebro es crucial cuanto más rápido viaja la información a través del cerebro, más eficientemente cooperan las diferentes áreas del cerebro para permitir el funcionamiento adecuado de la memoria y otros aspectos de la cognición.
Para mantener este tráfico incesante, células especializadas llamadas oligodendrocitos actúan como controladores envolviendo los axones con una sustancia llamada mielina. Esta mielina es un aislante de lípidos (o grasas) con un color pálido característico, de ahí el nombre de «materia blanca». Permite que las señales eléctricas de las neuronas viajen largas distancias sin ralentizarse ni perder intensidad. Sin embargo, la mielina también ofrece una ventaja al paso de la información a través de la sustancia blanca: permite que las señales lleguen a tiempo, ni demasiado pronto ni demasiado tarde.
Hoy sabemos que debido a su plasticidad, la geografía del cerebro está cambiando constantemente. Sin embargo, investigaciones publicadas en los últimos años han demostrado que la materia blanca cambia no solo durante el desarrollo, sino también de forma adaptativa más adelante, por ejemplo, durante el aprendizaje.
Las reglas del tráfico neuronal
Este tipo de la plasticidad se había observado principalmente en las sinapsis de la materia gris. Ahora se ha demostrado que la estructura de la sustancia blanca se adapta y reorganiza constantemente. A través de esta forma de plasticidad, llamada mielinización adaptativa, se optimizan la estructura y las propiedades de la materia blanca. Como resultado, la comunicación entre las neuronas se mantiene incluso cuando cambian el tamaño, la actividad y las conexiones del cerebro. De hecho, los oligodendrocitos pueden ajustar la cantidad de mielina para acelerar o ralentizar la propagación de señales y mantener un tráfico neuronal estable.
Pero, ¿cómo se adaptan la materia blanca y sus células gliales para estabilizar el tráfico neuronal y lograr esto? ¿Increíble desafío de coordinación?
Esta pregunta, como muchas relacionadas con las células gliales, es difícil de responder con los métodos tradicionales de neuroimagen, pero es de primordial importancia para una mejor comprensión de las enfermedades neurodegenerativas. Un ejemplo es la esclerosis múltiple, que provoca el adelgazamiento de la mielina y conduce a una desorganización sistémica del flujo de información en el cerebro, provocando profundos trastornos cognitivos y motores.
Actividad neuronal coordinada
Un estudio interdisciplinario reciente proporciona una mejor comprensión de las reglas que rigen el control del tráfico neuronal en la sustancia blanca. Es importante tener en cuenta que la actividad neuronal, una serie de impulsos similares al código Morse, no es aleatoria. Más bien, las neuronas tienden a activarse en grupos y sincronizarse, generando ondas u oscilaciones llamadas ritmos cerebrales. Los investigadores creen que, para comunicarse entre sí, las diferentes áreas del cerebro deben poder alinear y coordinar estos ritmos.
Nuevos resultados obtenidos a partir de datos de imágenes del cerebro humano, combinados con modelos matemáticos, muestran esa materia blanca se reorganiza para optimizar la alineación de estos ritmos. Para hacer esto, controla la velocidad a la que estas ondas se propagan a través de la materia blanca ajustando la cantidad de mielina presente.
Por lo tanto, los oligodendrocitos adaptan la conductividad de los axones para permitirles responder de manera efectiva a las cambiantes demandas de tráfico neuronal y orquestar la alineación entre las oscilaciones presentes en diferentes partes del cerebro. ¡Son controladores de tráfico aéreo celulares reales!
Incluso el cerebro enfermo se las arregla
Otro resultado sorprendente es que las propiedades plásticas de la materia blanca también parecen permitir que el cerebro se adapte a pesar de la presencia de enfermedad o lesión. De hecho, se ha demostrado que la materia blanca puede reorganizarse en presencia de daño para preservar la comunicación y la sincronización entre las neuronas, incluso si las conexiones están ausentes o dañadas, por ejemplo, en presencia de cáncer.
Algunos experimentos en animales han demostrado que evitar que las células gliales se adapten en presencia de una lesión limita la recuperación y causa muchos problemas cognitivos y de comportamiento.
La plasticidad de la materia blanca parece ser un elemento clave de la resiliencia del cerebro y, por lo tanto, podría representar una opción interesante para el desarrollo de nuevos abordajes terapéuticos, especialmente en víctimas de ictus. Estos nuevos resultados destacan la importancia de las células gliales y la plasticidad de la sustancia blanca en el funcionamiento y la flexibilidad de los procesos cognitivos.
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Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.
Cita: Los cerebros gestionan las neuronas como los controladores de tráfico aéreo gestionan los movimientos de los aviones (16 de julio de 2020) consultado el 31 de agosto de 2022 en https://medicalxpress.com/news/2020-07-brains- neurons-air-traffic-airplane.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.