Neurociencia

Lógica sináptica para conexiones entre dos hemisferios cerebrales

Los investigadores han desarrollado una nueva combinación de tecnologías que les permite identificar las propiedades funcionales de las sinapsis individuales que enlazan los dos hemisferios y determinar cómo están organizadas dentro del campo dendrítico de una neurona.

Cada uno de los 20 mil millones de neuronas en la corteza cerebral recibe miles de conexiones sinápticas de otras neuronas, formando redes neuronales complejas que hacen posible la sensación, la percepción, el movimiento y las funciones cognitivas superiores. En última instancia, la función de estas redes depende de los eventos que ocurren dentro de la dendrita de una neurona: extensiones del cuerpo celular de la neurona que se asemejan a las ramas de un árbol y reciben conexiones sinápticas de los axones de otras neuronas, una pieza crítica del rompecabezas de las redes corticales que continúa desafiar a los neurocientíficos es comprender la organización funcional de las sinapsis dentro del campo dendrítico de una neurona. Esto requiere determinar las propiedades funcionales de las entradas sinápticas que recibe una neurona (lo que están comunicando), la fuente de las entradas (de dónde vienen) y cómo están organizadas dentro de la dendrita. En un nuevo artículo en Neuron, los investigadores de MPFI detallan cómo diseñaron recientemente nuevos métodos para responder a estas preguntas, revelando un orden funcional para la disposición de entradas sinápticas locales y distantes dentro del campo dendrítico de una neurona que puede desempeñar un papel importante en la coordinación de la actividad de la red. El estudiante de posgrado Kuo-Sheng Lee, junto con otros miembros del laboratorio de Fitzpatrick, exploró esta pregunta en la corteza visual del ratón mediante el mapeo de las entradas sinápticas que unen los dos hemisferios corticales a través de un haz de fibras llamado corpus callosum. Se cree que este camino desempeña un papel crítico en la coordinación de la actividad de los dos hemisferios cerebrales y, para el sistema visual, unifica nuestra visión binocular del mundo. Desarrollaron un enfoque que les permitiría visualizar las espinas dendríticas individuales de una neurona (pequeñas especializaciones dendríticas que reciben entradas sinápticas excitadoras), caracterizar sus propiedades funcionales y determinar si reciben entradas callosas.

Para visualizar la actividad de las espinas dendríticas individuales, Lee et al., Utilizaron una técnica de imagen avanzada que se basa en señales de calcio que se detectan como cambios en la fluorescencia. Al observar que las espinas dendríticas se «iluminan» con actividad en el cerebro vivo, podrían presentar diferentes estímulos visuales al animal y determinar cuál era el más efectivo. Las espinas dendríticas, como la mayoría de las células en la corteza visual, responden selectivamente a la orientación de los bordes en la escena visual, por lo que esta fue la propiedad funcional que eligieron definir para cada columna. Luego, para determinar si una columna recibió una entrada sináptica del callosum, Lee et al. usó la estimulación directa del otro hemisferio y miró para ver cuál de las espinas dendríticas se iluminaría. Al descubrir que un pequeño porcentaje de espinas se activaban de manera confiable y consistente al estimular los insumos de callosidad, estaban listos para abordar cómo se organizaban dentro del campo dendrítico.

Una posibilidad interesante

fue que las entradas de callos con una preferencia de orientación similar podrían agruparse en el campo dendrítico. Los resultados anteriores habían proporcionado evidencia de la agrupación de entradas sinápticas por propiedades funcionales y sugirieron que la coactivación de las entradas agrupadas podría amplificar su impacto en la respuesta de la neurona. Pero, cuando realizaron el análisis, encontraron que los pares cercanos de espinas que recibían entrada de callos no tenían más probabilidades de tener una preferencia de orientación similar a una distribución aleatoria de las espinas dentro del campo dendrítico. Luego consideraron otra posibilidad. Quizás las espinas callosas se agruparon con espinas no callosas con la misma preferencia de orientación, trayendo espinas con entradas distantes y locales que tienen preferencia de orientación similar en la dendrita. Cuando tomaron pares de espinas cercanas, uno de ellos era un receptor calloso y el otro receptor no calloso, y examinaron la preferencia de orientación de los pares, se emocionaron al descubrir que eran más similares entre sí de lo que se esperaría por casualidad.

Lee et al. reconocieron que sus conclusiones se verían fortalecidas si pudieran confirmar la evidencia funcional de la conectividad local y callosa ordenada con otro enfoque experimental: definir las conexiones sinápticas anatómicamente. Para lograr esto, utilizaron una técnica novedosa llamada microscopía de expansión para visualizar anatómicamente los contactos sinápticos a nanoescala con la microscopía óptica convencional. Los resultados fueron consistentes con los resultados de la estimulación funcional, lo que demuestra que las entradas de callos y las entradas locales (derivadas de la región alrededor de la neurona objetivo) que muestran una preferencia de orientación similar se agrupan dentro del campo dendrítico. Estas observaciones ponen el concepto de agrupamiento funcional en un contexto completamente nuevo: «pájaros de una bandada de plumas» y «los opuestos se atraen». El agrupamiento funcional representa un patrón espacial de especificidad de escala fina en conexiones dentro del campo dendrítico que puede reunir entradas que tienen propiedades similares y se derivan de redes diferentes. Combinadas con la evidencia de que el agrupamiento funcional de espinas en el campo dendrítico puede amplificar su impacto en la respuesta neuronal, las neuronas en la corteza visual podrían usar esta estrategia para generar respuestas robustas a las entradas de orientación emparejadas de los dos hemisferios, contribuyendo a una percepción perfecta de mundo visual Una estructura similar puede aplicarse a las conexiones callosas que enlazan otras áreas de la corteza, una organización de sinapsis a escala fina dentro de las dendritas de neuronas individuales que tiene ramificaciones para la función de red a gran escala.

Cuando llegó a las primeras colinas de las Montañas Itálicas, tuvo una última vista en el horizonte de su ciudad natal, Bookmarksgrove, el titular de Alphabet Village y la sublínea de su propia carretera, Line Lane. Lástima de una pregunta retórica corrió por su mejilla entonces.

Fuente: Max Planck Florida Institute for Neuroscience

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