Un campo eléctrico mueve ondas en el cerebro

Investigadores de la Universidad Case Western Reserve (Cleveland, Ohio, EE.UU.) pueden haber encontrado una nueva manera de comunicación interna de la información en el cerebro.

Su descubrimiento podría conducir a la identificación de posibles nuevos objetivos para investigar las ondas cerebrales asociadas con la memoria y la epilepsia y comprender mejor la fisiología de las personas sanas.

Los investigadores grabaron picos de actividad neuronal que viajaban a una velocidad demasiado lenta para los mecanismos conocidos de circulación en el cerebro. La única explicación, dicen, es que la onda se propaga a través de un campo eléctrico leve que pueden detectar. El modelado por ordenador y los ensayos in vitro apoyan su teoría.

«Más gente ha estado trabajando en este tipo de fenómenos desde hace décadas, pero nadie ha hecho nunca estas conexiones», dice Steven J. Schiff, director del Centro de Ingeniería Neural de la Universidad Estatal de Pensilvania, que no participó en el estudio. «Las implicaciones son que tales campos dirigidos pueden utilizarse para modular actividades patológicas, como convulsiones, así como para interactuar con los ritmos cognitivos que ayudan a regular varios procesos del cerebro.»

Dominique Durand, profesor de Ingeniería Biomédica en la Escuela de Ingeniería de Case y líder de la investigación, y su equipo informan sobre sus hallazgos en la revista Journal of Neuroscience.

«Los investigadores pensaban que los campos eléctricos endógenos del cerebro eran demasiado débiles para propagar transmisiones de onda», dice Durand en la nota de prensa de la universidad, recogida por EurekAlert!. «Pero parece que el cerebro podría estar usando los campos para comunicarse sin transmisiones sinápticas o uniones gap. »

Cómo funciona el campo

El modelado por ordenador y las pruebas en hipocampos (la parte central del cerebro asociada con la memoria y la navegación espacial) de ratones en el laboratorio indican que el campo eléctrico comienza en una célula o grupo de células.

Aunque el campo es de baja amplitud, excita y activa a las zonas cercanas, las cuales, a su vez, excitan y activan a sus vecinos inmediatos, y así sucesivamente a través del cerebro a una velocidad de aproximadamente 0,1 metros por segundo.

Bloqueando el campo eléctrico endógeno del hipocampo del ratón y aumentando la distancia entre las células en el modelo de ordenador e in vitro se ralentizó la velocidad de la onda.

Estos resultados, dicen los investigadores, confirman que el mecanismo de propagación de la actividad es consistente con el campo eléctrico.

Debido a que las ondas de sueño y las ondas theta -que están asociadas con la formación de recuerdos durante el sueño-, y las ondas de convulsiones epilépticas viajan a aproximadamente 1 metro por segundo, los investigadores están investigando ahora si los campos eléctricos juegan un papel en la fisiología normal y en la epilepsia.

Si es así, van a tratar de discernir de qué información pueden ser portadores los campos. El laboratorio de Durand también está investigando de donde vienen los picos endógenos.

Referencia bibliográfica:

C. Qiu, R. S. Shivacharan, M. Zhang, D. M. Durand. Can Neural Activity Propagate by Endogenous Electrical Field? Journal of Neuroscience (2015). DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1045-15.2015.