Desarrollan un 'GPS' que cartografía las redes neuronales

En un nuevo estudio publicado hoy por Nature Methods, científicos de la Universidad Hebrea de Jerusalén (Israel) y de la Universidad de Harvard (Cambridge, EE.UU.) han anunciado un «Sistema de Posicionamiento Neuronal» (SPN) que cartografía los circuitos del cerebro, de forma similar a cómo un Sistema de Posicionamiento Global (GPS) triangula la situación del receptor en el planeta.
 
Durante más de un siglo, los neurocientíficos han tratado de descubrir la estructura de los circuitos neuronales del cerebro con el fin de comprender mejor cómo funciona. Estos circuitos cerebrales, que llevan a cabo funciones tales como procesar la información y desencadenar los reflejos, se componen de células del sistema nervioso llamadas neuronas que trabajan juntas para llevar a cabo una función especializada.

Las neuronas envían los mensajes a otras neuronas, o a tejidos diana como la piel y el músculo, que están inervados por ellas, a través de los axones.

De la misma manera que necesitamos saber el cableado exacto de un circuito eléctrico para entender cómo funciona, es necesario mapear el cableado axonal de los circuitos neuronales para entender cómo funcionan. Por lo tanto, un objetivo fundamental de la investigación de la neurociencia es entender las conexiones estructurales y funcionales de los circuitos del cerebro.

Aunque numerosos consorcios científicos han mejorado nuestra comprensión de la organización neuronal, las técnicas de mapeo disponibles siguen siendo imperfectas: por ejemplo, las técnicas de microscopía electrónica de serie están limitadas respecto a la zona que pueden mapear y las técnicas basadas en trazadores están limitadas en cuanto a la resolución.

Ahora, científicos del laboratorio de Alex Binshtok en la Facultad de Medicina de la Universidad Hebrea y del laboratorio de Jeff Lichtman en la Universidad de Harvard han descrito un método para asignar la ubicación de las ramas axonales («enramados») de muchas neuronas individuales simultáneamente, con la resolución de los axones individuales.

Por lo tanto, al «ver» muchos axones a la vez, se hace posible entender cómo están conectadas las neuronas específicas de una región a otros tipos neuronales y otras regiones.

Este nuevo enfoque permite aprender sobre principios organizativos de las redes neuronales que de otro modo serían difíciles o imposibles de estudiar, señala la nota de prensa de la Universidad Hebrea. Etiquetas

En lugar de tratar de rastrear las neuronas enteras, desde la punta del axón al cuerpo celular, Tsuriel etiquetó sólo el cuerpo de la célula, pero de una manera que indica las ubicaciones de sus ramas axonales. Para ello, utilizó inyecciones múltiples en las regiones superpuestas de un tejido diana, con tres o más trazadores de diferentes colores.

En cada punto se inyectó el trazador con una alta concentración, de modo que se extendió a la zona entre los puntos de inyección, y de tal manera que cada área del tejido diana tenía una combinación de color diferente dependiendo de su distancia a los puntos de inyección.

Los axones que inervan cada área captaron los colorantes y los transportaron en vesículas pequeñas por el cuerpo de la célula, de tal manera que cada vesícula tenía una combinación de color que reflejaba la zona en la que había sido capturada. Unas pocas horas después de la inyección, cada cuerpo celular neuronal se llenó con vesículas de una variedad de colores que reflejaban los colores de las áreas que inerva. Por lo tanto, basándose en las combinaciones e intensidades de los colores de las vesículas individuales transportadas a la célula, se pueden deducir los sitios de proyección de los axones.

Este enfoque es de alguna manera análogo al principio que se utiliza en un sistema de posicionamiento global (GPS), que utiliza las distancias desde tres o más satélites para triangular la posición. Por esta razón, la nueva técnica se llama «Sistema de Posicionamiento neuronal» (NPS).

Cómo viaja la información

Según Binshtok, el hallazgo permitirá conocer mejor cómo viaja la información en el cerebro. Hace unas semanas, científicos de la Universidad Pompeu Fabra de Barcelona publicaron que, mediante estimaciones matemáticas, habían averiguado que en el cerebro cada trozo de información relacionado con una tarea viaja a través de un camino neuronal diferenciado, y que la información sensorial y la decisoria se distribuyen a velocidades distintas.

El estudio consistió en la estimación matemática de las interdependencias que se establecen entre los trenes de potenciales de acción de cada par de neuronas como consecuencia de las diferentes etapas de la tarea cognitiva: percepción, memoria, toma de la decisión y actividad motora. Referencia bibliográfica:

Shlomo Tsuriel, Sagi Gudes, Ryan W Draft, Alexander M Binshtok, & Jeff W Lichtman: Multispectral labeling technique to map many neighboring axonal projections in the same tissue. Nature Methods (2015). DOI: 10.1038/nmeth.3367.