Científicos crean una herramienta alucinante para ‘ver’ millones de conexiones de células cerebrales en ratones
Crédito: Pixabay/CC0 Dominio público
Para resolver los misterios de cómo se producen el aprendizaje y la memoria, los científicos de Johns Hopkins Medicine han creado un sistema para Rastree millones de conexiones entre las células cerebrales en ratones, todo al mismo tiempo cuando se modifican los bigotes de los animales, un indicador para el aprendizaje.
Los investigadores dicen que la nueva herramienta brinda una vista sin precedentes de la actividad de las células cerebrales en un diminuto espacio sináptico entre dos células cerebrales, donde las moléculas y los productos químicos se transmiten de un lado a otro.
«Era ciencia ficción ser capaz de obtener imágenes de casi todas las sinapsis en el cerebro y observar un cambio en el comportamiento», dice Richard Huganir, Ph.D., Profesor Distinguido de Neurociencia y Ciencias Psicológicas y Cerebrales de Bloomberg en la Universidad Johns Hopkins y director del Departamento de Neurociencia de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins.
Un resumen de la investigación se publicó en línea el 18 de octubre y en su forma final el 25 de noviembre en la revista eLife.
Los investigadores nunca pensaron serían capaces de ver la actividad cerebral en una escala tan masiva. Dicen que antes de desarrollar la herramienta, su capacidad para ver la actividad de las células cerebrales era como mirar hacia el cielo nocturno con los ojos desnudos y ver miles de millones de estrellas. «Es como si pudiéramos ver y rastrear cada una de las estrellas al mismo tiempo», dice Austin Graves, Ph.D., instructor de neurociencia en la Escuela de Medicina de la Universidad Johns Hopkin.
Crédito: Escuela de la Universidad Johns Hopkins of Medicine
El espacio entre las células cerebrales, o neuronas, es increíblemente pequeño. Es menos de una micra, aproximadamente una décima parte del ancho de un cabello humano. Dentro de estas uniones entre las neuronas hay una vía de paso de moléculas y proteínas, principalmente sodio y calcio, que se transfieren de una neurona a la siguiente.
Cuando los neurotransmisores atraviesan una sinapsis y aterrizan en una neurona, activan una proteína receptora de glutamato AMPA en cubierta exterior de la neurona. «Estos receptores son la maquinaria funcional del lenguaje entre las neuronas», dice Graves.
Huganir y otros científicos han demostrado que las sinapsis y los receptores integrados en ellas son ubicaciones clave para el aprendizaje en el cerebro. Es donde se codifican los recuerdos, dicen.
Para estudiar cómo funcionan las sinapsis, los científicos suelen cultivar muestras de células cerebrales en el laboratorio para detectar aumentos o disminuciones en las proteínas producidas por las células. También examinan subconjuntos de neuronas en varias regiones del cerebro, pero los científicos no habían podido obtener imágenes de sinapsis en todo el cerebro a esta escala anteriormente, dicen los investigadores.
Para la investigación, los científicos diseñaron genéticamente ratones insertando el gen GRIA1 en el ADN, produciendo una etiqueta verde brillante en todas las proteínas de glutamato AMPA. Cuando las neuronas amplifican su señalización, producen más proteínas de glutamato AMPA y la señal verde se vuelve más brillante. Dado que los receptores de glutamato AMPA son muy comunes, los investigadores pudieron identificar casi todas las neuronas excitatorias que tienen más probabilidades de enviar señales a otras neuronas en lugar de bloquearlas en el cerebro del ratón.
Luego, los investigadores pellizcaron un bigote en cada ratón y usó microscopios de alta potencia para rastrear qué sinapsis brillaban en verde y el brillo de la señal. Encontraron alrededor de 600.000 sinapsis brillantes e indicaciones de que el brillo de la señal verde correspondía a la fuerza de la respuesta del receptor de glutamato AMPA.
Huganir dice que el nuevo sistema genera cantidades alucinantes de datos. Entonces, los investigadores trabajaron con científicos computacionales en el Departamento de Ingeniería Biomédica de Johns Hopkins para desarrollar inteligencia artificial y técnicas de aprendizaje automático para entrenar y validar algoritmos que detectan automáticamente todas las sinapsis brillantes y cómo cambian con el tiempo con la experiencia y el aprendizaje.
Su trabajo actual es un estudio de prueba de principio que muestra las capacidades de esta herramienta de imágenes sinápticas, dicen los investigadores. Otros científicos han pedido usar ratones modificados genéticamente en sus estudios.
Los investigadores también planean usar la herramienta para estudiar otros comportamientos, aprendizaje y memoria de ratones, y para examinar cómo cambian las sinapsis bajo ciertas condiciones, como como el envejecimiento, la enfermedad de Alzheimer y el autismo.
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Nuevas estructuras muestran cómo las subunidades auxiliares modulan la neurotransmisión del receptor AMPA del hipocampo Más información: Austin R Graves et al, Visualización de la plasticidad sináptica in vivo mediante imágenes a gran escala de receptores AMPA endógenos , eLife (2021). DOI: 10.7554/eLife.66809 Información de la revista: eLife
Proporcionado por la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins Cita: Los científicos crean una herramienta alucinante para «ver» millones of brain cell connections in mice (20 de diciembre de 2021) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-12-scientists-mind-blowing-tool-millions-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.