¿Cómo damos sentido a nuestro entorno? Descifrando el código neuronal del cerebro
Jerry Chen, profesor asistente de biología de la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Boston, investiga el código neuronal del cerebro. Su objetivo es comprender mejor la relación entre las influencias genéticas y eléctricas que controlan las funciones cognitivas como el procesamiento sensorial, la toma de decisiones y el aprendizaje y la memoria. Crédito: Nicolle Fuller, Sayo Studios
El cerebro es el órgano más complejo de nuestro cuerpo, ya que absorbe e interpreta constantemente nuestro entorno y guía nuestros movimientos, pensamientos, conductas y emociones. Aunque los seres humanos compartimos una comprensión fundamental del entorno que nos rodea (es decir, el hielo es frío, el fuego es caliente, los cuchillos son afilados), cada uno de nosotros desarrolla una interpretación única de la información que procesamos. Por ejemplo, dos personas pueden tener reacciones muy diferentes después de probar exactamente la misma comida, escuchar el mismo sonido o dejar una interacción social compartida.
Jerry Chen, profesor asistente de biología del Colegio de Artes y Ciencias de la Universidad de Boston, investiga el código neuronal del cerebro. Su objetivo es comprender mejor la relación entre las influencias genéticas y eléctricas que controlan las funciones cognitivas como el procesamiento sensorial, la toma de decisiones y el aprendizaje y la memoria. «Para descifrar el código neuronal», explica Chen, «necesitas saber al menos dos cosas. Primero, debes poder medir la actividad de las neuronas en el cerebro mientras un sujeto realiza diferentes tareas cognitivas. Y segundo, debe conocer la identidad de esas neuronas de las que podemos aprender a través de los genes que expresan».
En su último avance de investigación, publicado en Science, Chen y sus colaboradores descubrieron cómo el cerebro de un ratón entiende información sensorial específicamente enfocada en la percepción del tacto. El nuevo descubrimiento de su equipo tiene relevancia para una variedad de trastornos neurológicos como el accidente cerebrovascular, hasta enfermedades neuropsiquiátricas como el trastorno del espectro autista, donde el sentido de percepción de un individuo puede verse alterado. Además, los nuevos hallazgos tienen implicaciones emocionantes para los tratamientos e intervenciones específicos para los trastornos psicológicos y neurológicos.
Jerry Chen opina sobre los objetivos, la metodología, los hallazgos y el impacto del estudio en las siguientes preguntas y respuestas.
¿Qué pretendía estudiar con su investigación? ¿Qué le hizo querer examinar este tema?
Nuestro laboratorio está interesado en estudiar la base neural de la percepción y la cognición. El cerebro es el órgano más complejo del cuerpo. Esa complejidad se define parcialmente por el hecho de que miles de millones de neuronas en el cerebro no son todas iguales. Hay cientos de miles de diferentes tipos de neuronas que realizan diferentes funciones y realizan diferentes cálculos. Para comprender realmente cómo funciona el cerebro, necesitamos deconstruir el cerebro hasta sus componentes individuales y luego comenzar a preguntarnos cómo interactúan estos componentes durante el comportamiento.
¿Puede explicar el primero de su tipo? «catálogo de neuronas» tecnología que contribuyó a este estudio y su impacto?
Nuestros colaboradores del Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro tenían el objetivo de crear un «catálogo de neuronas» mediante la generación de un censo de todos los tipos de células en el cerebro. Esto es parte de un esfuerzo colectivo de varios equipos en múltiples instituciones.
El catálogo solo describe la composición molecular de las neuronas, pero no necesariamente dice nada sobre la función de las neuronas o los cálculos que realizan. . La tecnología que desarrolló mi equipo de investigación aprovecha esta nueva información del catálogo y agrega la siguiente capa de información, que son los patrones de actividad de las células. Nos permite afinar y estudiar la función de las celdas del catálogo de manera integral. Esta es la razón por la que lo llamamos lectura completa de actividad y marcadores de tipo celular, o CRACK (es decir, un juego de palabras con «romper circuitos neuronales»). Nuestra tecnología CRACK allanará el camino para un «catálogo 2.0», que permitirá a los investigadores recopilar información molecular y funcional sobre todas las células del cerebro.
¿Cómo aplicó esta tecnología en su estudio?
Aplicamos la plataforma CRACK para estudiar una parte específica de la corteza involucrada con nuestra percepción del tacto. Observamos cómo las diferentes neuronas del catálogo procesan información y hablan con otras neuronas cuando un animal toca objetos en su ambiente. También observamos cómo se adaptan las neuronas cuando cambia el entorno.
¿Qué revelaron los hallazgos?
Cuando percibes el mundo que te rodea, tu cerebro realiza una combinación de procesamiento los estímulos que componen la escena, pero también trata de llenar la información basada en lo que has aprendido en el pasado para ayudarte a interpretar lo que estás sintiendo. Por ejemplo, supongamos que está hurgando en una bolsa buscando las llaves de su auto. Tu cerebro ha aprendido cómo se sienten las teclas y, por lo tanto, está completando la información a medida que sientes objetos de diferentes texturas o formas para guiar tu búsqueda. Sin embargo, hay momentos en los que sientes algo, como un borde afilado, que realmente salta y te dice que estás en el camino correcto y que quizás hayas encontrado tus llaves. Nuestros hallazgos esencialmente descubren que hay un circuito dedicado compuesto por celdas específicas en el catálogo que llamamos «celdas centrales». Estas células ayudan a alertar al cerebro de que te has topado con una característica destacada que debe investigarse más a fondo.
¿Cuál fue el hallazgo más sorprendente?
Un hallazgo sorprendente es que el Las «células centrales», que identificamos como importantes para la «detección de características», también responden de maneras interesantes cuando cambia su entorno. Hay un determinado conjunto de genes que se sabe que son importantes para el aprendizaje y la adaptabilidad, que pueden aumentar o disminuir según los entornos cambiantes. Descubrimos que esos genes siempre están «activados» en las células centrales, lo que va en contra de algunos principios actuales. Cuando los entornos cambian, estas células responden tratando de compensar estos cambios. Creemos que esta podría ser una forma de que el circuito «recuerde» o «no olvide» cómo procesar la información en el antiguo entorno.
¿Cuál es el significado de estos hallazgos?
Nuestros hallazgos tienen relevancia para una variedad de trastornos neurológicos como el accidente cerebrovascular, hasta enfermedades neuropsiquiátricas como el trastorno del espectro autista, donde el sentido de percepción de un individuo puede verse alterado. En lugar de ver el cerebro como una pieza homogénea de tejido, comprender qué tipos de células específicas son las más relevantes nos permitirá desarrollar tratamientos que pueden ser muy específicos. Esto marca un progreso emocionante hacia el tratamiento directo de la causa subyacente de síntomas específicos y, al mismo tiempo, evita potencialmente los efectos secundarios no deseados de otras terapias e intervenciones.
¿Qué espera estudiar a continuación?
Hay un muchas direcciones en las que nos dirigimos en función de nuestra nueva tecnología y hallazgos. La idea de circuitos dedicados para la plasticidad neuronal compuestos por tipos de células específicas en el catalogador, el hallazgo sorpresa en nuestro estudio, es especialmente intrigante. Esta es un área que estamos siguiendo; estamos buscando específicamente tipos de circuitos potencialmente similares en otras partes del cerebro y cómo funcionan tanto durante el aprendizaje y la memoria como a lo largo del tiempo.
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Los investigadores descubren una proteína que juega un papel clave en la formación de neuronas Más información: Cameron Condylis et al, Dense funcional and molecular readout of a circuit hub in sensorial cortex, Ciencia (2022). DOI: 10.1126/ciencia.abl5981. www.science.org/doi/10.1126/science.abl5981 Información de la revista: Science
Proporcionado por la Universidad de Boston Cita: ¿Cómo le damos sentido a nuestro entorno? Cracking the neural code to the brain (6 de enero de 2022) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-01-environment-neural-code-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.