Tendencias21
La dinámica cerebral se puede reproducir en laboratorio

La dinámica cerebral se puede reproducir en laboratorio

Investigadores japoneses y españoles han creado circuitos neuronales artificiales que reproducen la dinámica de las conexiones cerebrales, lo que les ha permitido entender mejor las claves de la reconfiguración sináptica.

La dinámica cerebral se puede reproducir en laboratorio

Investigadores de la Universidad de Tohoku (Sendai, Japón) y de la Universidad de Barcelona han diseñado circuitos neuronales in vitro que reproducen la capacidad del cerebro de reconfigurar dinámicamente las conexiones que le permiten procesar estímulos y responder correctamente a ellos. Los resultados se publican en la revista Science Advances.

Por reconfiguración dinámica se entiende el reforzamiento o debilitamiento de enlaces mediante un aumento o disminución de la actividad neuronal. Cuando la reconfiguración conduce a una mayor cohesión entre diferentes circuitos neuronales del cerebro, se dice que este se integra, y cuando disminuye la cohesión, se dice que se segrega.

La integración está asociada al intercambio rápido de información entre circuitos muy lejanos y diferentes, mientras que la segregación está asociada al procesamiento de información en circuitos localizados.

Lo que hace único al cerebro es que continuamente pasa de un estado segregado a uno integrado, según la naturaleza y fuerza de los estímulos. Esta reconfiguración dinámica evita crear y destruir conexiones físicas continuamente, una estrategia tan poco efectiva como energéticamente costosa.

Así, por ejemplo, los estímulos que nos llegan mediante vista, oído y olfato se procesan de manera segregada en la corteza cerebral para luego integrarse parcial o totalmente según las necesidades. Mientras estamos viendo una película, integramos imágenes y sonidos, ignorando los olores y otros estímulos. Pero cuando notamos olor a quemado, se alerta al cerebro para que integre y analice toda la información posible y tomemos decisiones urgentes.

A pesar de la importancia de la integración y la segregación, los mecanismos biofísicos ligados a la reconfiguración dinámica aún no se conocían bien. Además, tampoco se entendía hasta qué punto la capacidad de integración-segregación es sensible al número de conexiones físicas existentes entre regiones cerebrales.

Módulos interconectados

El modelo de cerebro in vitro que han desarrollado los investigadores permite entender las claves de la reconfiguración dinámica del cerebro. Consiste en cuatro módulos interconectados, cada uno de los cuales representa un circuito neuronal especializado (por ejemplo, en la vista o en el oído). Los cuatro módulos están recubiertos de proteínas adhesivas y nutrientes donde se desarrollan neuronas, que se conectan entre ellas dentro de un módulo y con otras neuronas en módulos lejanos.

La neuroingeniería de precisión les permitió controlar cuántas conexiones pasan de un módulo a otro y, por tanto, ajustar el grado de acoplamiento físico entre módulos. En este modelo los estímulos corresponden a activaciones espontáneas de neuronas.

Utilizando microscopia de fluorescencia de calcio para detectar las activaciones neuronales, los investigadores estudiaron la capacidad del circuito para integrarse o segregarse espontáneamente, según el grado de conectividad entre los módulos, entre otros factores.

 “Lo que hemos observado es que el circuito está permanentemente integrado o segregado cuando el número de conexiones entre módulos es demasiado grande o demasiado pequeño. El circuito óptimo es aquel en el que los cuatro módulos tienen una conectividad justo por debajo de la mínima para integrarse, de forma que los pulsos de actividad neuronal son suficientes para reforzar puntualmente las conexiones y completar la integración. En la práctica, este circuito óptimo activado espontáneamente trabaja en un régimen donde coexisten integración y segregación”, señala Hideaki Yamamoto, investigador de la Universidad de Tohoku. Y puntualiza: “la dinámica observada todavía está muy lejos de la complejidad del cerebro real, pero hemos podido conseguir detalles sobre los mecanismos fundamentales que perfilan la dinámica del cerebro”.

“Este estudio demuestra la importancia de la organización modular para maximizar la flexibilidad de un circuito neuronal. También ilustra el potencial de las herramientas in vitro y los modelos biofísicos para avanzar en la comprensión de fenómenos colectivos en un sistema complejo tan fascinante y rico como el cerebro”, añade Jordi Soriano,investigador del Instituto de Sistemas Complejos de la UB (UBICS) y coautor del trabajo.

Referencia

Impact of modular organization on dynamical richness in cortical networks. H. Yamamoto et al. Science Advances, 14 de noviembre de 2018. Doi: 10.1126/sciadv.aau4914

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Un enorme desierto en Asia se está transformando en un vergel gracias al cambio climático 1 junio, 2025
    Los hallazgos de un nuevo estudio muestran que la ecologización del desierto de Thar ha sido impulsada principalmente por más lluvias durante las temporadas de monzones de verano, un aumento del 64% en las precipitaciones en general por el cambio climático y, en segundo lugar, por la infraestructura de riego que lleva el agua subterránea […]
    Pablo Javier Piacente / T21
  • La NASA está observando una enorme y creciente anomalía en el campo magnético de la Tierra 31 mayo, 2025
    La NASA está haciendo un seguimiento detallado de la "abolladura" o "bache" en el campo magnético terrestre descubierta en 1961, que crece rápidamente y podría ser el preludio de una inversión geomagnética: ocurre cuando los polos magnéticos norte y sur intercambian posiciones.
    EDUARDO MARTÍNEZ DE LA FE/T21
  • Los árboles pueden predecir las erupciones volcánicas 30 mayo, 2025
    La NASA, en colaboración con el Instituto Smithsonian, en Estados Unidos, está desarrollando nuevos métodos para anticipar erupciones volcánicas. Cuando el magma asciende a la superficie libera dióxido de carbono, y los árboles cercanos que absorben ese gas se vuelven más verdes y frondosos. Satélites como Landsat 8 vigilan la vegetación en zonas volcánicas, captando […]
    Pablo Javier Piacente / T21
  • Los delfines se ponen nombres "en clave" 30 mayo, 2025
    Un nuevo estudio ha identificado que los delfines no solo se dan nombres para reconocerse, sino que además estas denominaciones podrían esconder información secreta o "en clave", que estaría ligada a los sistemas sociales que sustentan el equilibrio de sus comunidades.
    Pablo Javier Piacente / T21
  • Sorprenden a una “estrella araña” devorando a su compañera 30 mayo, 2025
    Una colaboración internacional de astrónomos ha identificado un extraño sistema estelar en el que un púlsar conocido como “estrella araña” devora material de su estrella compañera, en un hallazgo que representa un eslabón perdido en la evolución de sistemas binarios compactos. 
    Redacción T21
  • Planetas a la deriva: el origen caótico de los mundos lejanos respalda la existencia del Planeta Nueve 30 mayo, 2025
    En los márgenes más remotos de los sistemas planetarios, gigantes invisibles orbitan en silencio. Un nuevo modelo sugiere que estos mundos distantes son productos inevitables del caos primordial que reina cuando las estrellas y sus planetas compiten por sobrevivir en los abarrotados viveros estelares. ¿Podría nuestro propio Sistema Solar albergar uno de estos esquivos colosos?
    EDUARDO MARTÍNEZ DE LA FE/T21
  • Unas gafas de realidad mixta devuelven "el mundo entero" a las personas con pérdida parcial de la visión 29 mayo, 2025
    Una técnica desarrollada por oftalmólogos e informáticos canadienses devuelve la visión perdida a personas afectadas por una lesión cerebral, que han sufrido la reducción de gran parte de su campo visual. Las gafas de realidad mixta registran y "proyectan" ese sector que las personas no pueden ver con sus ojos.
    Pablo Javier Piacente / T21
  • Primer combate de kickboxing con robots humanoides 29 mayo, 2025
    En Hangzhou, China, se celebró el 25 de mayo de 2025 el primer torneo mundial de kickboxing entre robots humanoides, un espectáculo que, según los organizadores, marcó “un momento histórico en la integración de la Inteligencia Artificial (IA) en los deportes de combate”. 
    Pablo Javier Piacente / T21
  • Primera evidencia directa del pensamiento simbólico neandertal 29 mayo, 2025
    El meticuloso análisis de un canto rodado del Paleolítico Medio aporta una prueba tangible del comportamiento simbólico y la capacidad de abstracción de los últimos neandertales que habitaron la Península Ibérica, pudiendo representar una de las primeras simbolizaciones faciales conocidas.
    EDUARDO MARTÍNEZ DE LA FE/T21
  • Un "cóctel antienvejecimiento" alarga un 30% la vida en roedores 29 mayo, 2025
    Los científicos han probado un cóctel de medicamentos antienvejecimiento en ratones y descubrieron que extendía la vida útil de los animales en alrededor del 30 %. Los roedores también se mantuvieron más saludables por más tiempo, con menos inflamación crónica y retraso en el inicio de enfermedades como cáncer.
    Redacción T21