Neurocientíficos descubren sinapsis en el cerebro humano
Un grupo de científicos ha descrito una nueva forma de comunicación sináptica que se realiza a través de iones calcio y que ocurre a nivel de la corteza cerebral humana.
En el interior del cerebro existen millones de neuronas que se comunican entre ellas a través de un mecanismo químico llamado sinapsis. Para esto, la cabeza emplea neurotransmisores, los cuales son liberados por las dendritas en el espacio sináptico.
La liberación de estos mensajeros químicos es traducida en una señal eléctrica que viaja a través de las redes neuronales a enorme velocidad.
Esta onda eléctrica, que avanza por los axones, produce un intercambio de iones sodio, cloro y potasio a través de la membrana plasmática. Este flujo eléctrico se conoce como potencial de acción.
Lenguaje “lógico” del cerebro
En el cerebro, los fundamentos lógicos son explicados con una analogía del lenguaje electrónico, pues se transmiten como ondas eléctricas. Estas ondas pueden comunicarse de dos formas conocidas hasta el momento: a través de un mensaje AND, en el que si “X” e “Y” se activan, la misiva se transmite; o por un mensaje OR, en el que se transmite si se activa “X” o “Y”.
Si un potencial de acción tiene una magnitud significativa, es capaz de transmitirse a otros nervios, los cuales pueden bloquear o comunicar el mensaje.
Este potencial de acción, a su vez, posibilita la sinapsis química entre las neuronas, lo que produce nuevamente la descarga iónica de manera sucesiva. Esto produce la conectividad interneuronal, neuromuscular y neuroglandular.
Las comunicaciones más numerosas y complicadas del sistema nervioso central humano se dan a nivel de la corteza cerebral.
La zona de la neocorteza se encuentra organizada en seis capas: tres superficiales (I-III) y tres profundas (IV-VI). Estas ramas llevan a cabo funciones de orden elevado, como son las asociadas con la sensación, el pensamiento y el control motor.
Calcio como disparador de señales
Un equipo de investigadores, pertenecientes a Alemania y a Grecia, hizo un hallazgo mientras medía la actividad eléctrica en secciones de tejido extraído quirúrgicamente de pacientes epilépticos. El objetivo era analizar su estructura mediante microscopía de fluorescencia.
Los investigadores, dentro de los cuales se encontraba el neurocientífico de la universidad de Humboldt, Matthew Larkum, observaron los tejidos de estas capas. Para esto, conectaron las células a un dispositivo llamado abrazadera de parche somatodendrítico, que enviaba potenciales activos a cada neurona para registrar sus señales.
Los científicos descubrieron que las células individuales en la corteza no solo usaban los iones de sodio (Na+) habituales para “disparar» cambios químicos, sino también los iones calcio (Ca++).
Esta combinación de iones con carga positiva provocó ondas de voltaje en las células corticales externas del cerebro que nunca antes se habían visto. Estas fueron denominadas potenciales de acción dendrítica mediada por calcio, o dCaAP, que corresponde a una nueva forma de señal que es “graduada” por sí sola.
Puesto que «las dendritas son fundamentales para comprender el cerebro porque son el núcleo de lo que determina el poder computacional de las neuronas individuales, hubo un momento en que dijimos ‘eureka’, cuando vimos los potenciales de acción dendrítica por primera vez», manifestó Larkum.
Para asegurarse de que los descubrimientos no fueran exclusivos de pacientes epilépticos, reprodujeron sus resultados en muestras obtenidas de tumores cerebrales.
Si bien el equipo había llevado a cabo experimentos similares en ratas, los tipos de señales que observaron en las células humanas eran muy diferentes.
Más importante aún fue que cuando administraron a las células un bloqueador de los canales de sodio, llamado tetrodotoxina, todavía detectaban una señal. Solo al bloquear el canal calcio, todos los demás iónicos quedaron desactivados.
Importancia del hallazgo
El hecho de encontrar un potencial de acción mediado por calcio reviste gran interés. Pero entender el modelo que posibilitó el funcionamiento de este nuevo tipo de señal sensible en la corteza reveló un aspecto adicional.
Aparte de las funciones lógicas conocidas como AND y OR, las neuronas individuales podrían actuar como intersecciones ‘exclusivas’ OR (XOR), que permiten solo una señal.
Pero aún es necesario realizar más investigaciones para observar cómo se comportan los dCaAP en neuronas completas e incluidas en un sistema vivo.
Además, se debe investigar si es un mecanismo exclusivamente humano o si existen formas similares que han evolucionado en otras especies del reino animal.
La tecnología también puede servirse de estos hallazgos, al basarse en nuestro propio sistema nervioso para desarrollar un hardware mejorado. Este dispositivo podría conducir a nuevas formas de organizar redes informáticas.
Investigaciones futuras deberán centrarse en desentrañar la forma en que este “algoritmo” lógico de la corteza cerebral funciona y se traduce en funciones superiores de los seres humanos.
