El tamaño de las conexiones entre las células nerviosas determina su fuerza de señalización
El tamaño de las sinapsis en la corteza cerebral determina directamente la fuerza de su transmisión de señales ilustrada como tres conexiones de células nerviosas de diferente tamaño y brillo. Crédito: Kristian Herrera
La neocorteza es la parte del cerebro que los humanos usan para procesar impresiones sensoriales, almacenar recuerdos, dar instrucciones a los músculos y planificar para el futuro. Estos procesos computacionales son posibles porque cada célula nerviosa es una computadora en miniatura altamente compleja que se comunica con alrededor de otras 10,000 neuronas. Esta comunicación ocurre a través de conexiones especiales llamadas sinapsis.
Cuanto más grande es la sinapsis, más fuerte es su señal
Los investigadores del laboratorio de Kevan Martin en el Instituto de Neuroinformática de la Universidad de Zúrich (UZH) y ETH Zúrich han demostrado ahora por primera vez que el tamaño de sinapsis determina la fuerza de su transmisión de información. «Las sinapsis más grandes conducen a impulsos eléctricos más fuertes. Encontrar esta relación cierra una brecha de conocimiento clave en la neurociencia», explica Martin. «El hallazgo también es fundamental para avanzar en nuestra comprensión de cómo fluye la información a través de los circuitos de nuestro cerebro y, por lo tanto, cómo funciona el cerebro».
Reconstrucción de las conexiones entre las células nerviosas de la neocorteza
Primero, los neurocientíficos se dedicaron a medir la fuerza de las corrientes sinápticas entre dos células nerviosas conectadas. Para hacer esto, prepararon secciones delgadas de un cerebro de ratón y, bajo un microscopio, insertaron microelectrodos de vidrio en dos células nerviosas vecinas de la neocorteza. Esto permitió a los investigadores activar artificialmente una de las células nerviosas y al mismo tiempo medir la fuerza del impulso sináptico resultante en la otra célula. También inyectaron un tinte en las dos neuronas para reconstruir sus procesos celulares ramificados en tres dimensiones bajo un microscopio óptico.
El tamaño de la sinapsis se correlaciona con la fuerza de la señalización
Dado que las sinapsis son muy pequeñas , los científicos utilizaron la alta resolución de un microscopio electrónico para poder identificar de forma fiable y medir con precisión los puntos de contacto neuronal. Primero, en sus reconstrucciones con microscopio óptico, marcaron todos los puntos de contacto entre los procesos celulares de la neurona activada que enviaba la señal y los procesos celulares de la neurona que recibía el impulso sináptico. Luego, identificaron todas las sinapsis entre las dos células nerviosas bajo el microscopio electrónico. Correlacionaron el tamaño de estas sinapsis con los impulsos sinápticos que habían medido previamente. «Descubrimos que la fuerza del impulso sináptico se correlaciona directamente con el tamaño y la forma de la sinapsis», dice el autor principal Gregor Schuhknecht, ex Ph.D. estudiante en el equipo de Kevan Martin.
Obteniendo una comprensión más profunda de los diagramas de cableado del cerebro
Esta correlación ahora se puede usar para estimar la fuerza de la transmisión de información sobre la base del tamaño medido de la sinapsis «Esto podría permitir a los científicos usar microscopía electrónica para mapear con precisión los diagramas de cableado de la neocorteza y luego simular e interpretar el flujo de información en estos diagramas de cableado en la computadora», explica Schuhknecht. Dichos estudios permitirán una mejor comprensión de cómo funciona el cerebro en circunstancias normales y cómo los «defectos de cableado» pueden conducir a trastornos del desarrollo neurológico.
Más poder de cómputo y capacidad de almacenamiento de lo que se pensaba
El El equipo también pudo resolver otro rompecabezas de larga data en neurociencia. Hasta ahora, la doctrina convencional había sido que solo un único paquete lleno de neurotransmisores (la llamada vesícula) se libera en una sinapsis tras la activación. Los investigadores pudieron usar un análisis matemático novedoso para demostrar que cada sinapsis, de hecho, tiene varios sitios que pueden liberar paquetes de neurotransmisores simultáneamente. «Esto significa que las sinapsis son mucho más complejas y pueden regular la fuerza de su señal de forma más dinámica de lo que se pensaba anteriormente. Por lo tanto, la potencia computacional y la capacidad de almacenamiento de todo el neocórtex parece ser mucho mayor de lo que se creía», dice Kevan Martin.
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La investigación identifica el «control de volumen» en el cerebro que apoya el aprendizaje y la memoria Más información: Simone Holler et al. Estructura y función de una sinapsis neocortical, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-020-03134-2 Información de la revista: Nature
Proporcionado por la Universidad de Zurich Cita: El tamaño de las conexiones entre las células nerviosas determina su fuerza de señalización (21 de enero de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-01-size-nerve-cells-strength.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.