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domingo, 27 de marzo de 2011

Las células cerebrales envían señales muy pronto

Por: Vicente Segarra

feto Las patadas y saltos mortales de un bebé en desarrollo no son los únicos ejercicios que realiza en el útero. Los bebés también flexionan sus músculos mentales meses antes de su nacimiento.

Las células nerviosas de un cerebro en desarrollo de tan sólo 20 semanas de edad se activan en un patrón que persiste hasta la edad adulta, según publica el
Journal of Neuroscience del 15 de febrero. La investigación proporciona una visión del comportamiento de las células del cerebro en sus primeros estadios y podría ayudar a los científicos a comprender lo que sucede cuando el desarrollo del cerebro se descontrola.

Las células de la corteza cerebral en fetos de entre 20 y 21 semanas de edad presentan explosiones de la actividad eléctrica intercalados con períodos de calma, según descubrieron los investigadores del Health Center de la Universidad de Connecticut en Farmington.


Cuando el cerebro adulto está durmiendo, o bajo anestesia, también muestra este patrón de comportamiento actividad - tranquilidad, lo que sugiere que puede ser una propiedad intrínseca del cerebro humano. 

El cortex procesala información sensorial, el pensamiento, las emociones y la consciencia. Pero incluso cuando no recibe estímulos del mundo exterior, las células nerviosas, o neuronas, de esta región alternan actividad eléctrica y reposo.

"En los adultos, nos vamos a dormir y el cortex se desconecta del entorno – simplemente duerme. Pero podemos apreciar esta tranquila actividad sincronizada ", dice Igor Timofeev de la Universidad Laval en Québec. Las células nerviosas jóvenes se comportan de manera similar mucho antes de tener contacto con estímulos externos, lo que sugiere que el patrón de activación "es una característica muy básica del cerebro que se produce en etapas muy tempranas del desarrollo", afirma Timofeev. 

neuronas1 Los científicos aún no entienden el propósito de esta actividad de las células nerviosas en una etapa de desarrollo tan temprana. Tal vez se trata de una practica de los músculos mentales para ayudar a mantener las células vivas, dice el neurocientífico Srdjan Antic, director del estudio. Tener un fogonazo de actividad de vez en cuando puede ser  una señal  para las otras células del cerebro, algo así como " Hola, estoy aquí, mírame, mantén una conexión conmigo '", dice Antic. “Durante el sueño, las neuronas se comportan exactamente así”.


Antic y sus colegas estudiaron la actividad de las neuronas en placas de laboratorio de una en una. Mientras que la mayoría de las células exhibían el patrón de activación, no pudieron determinar si la activación estaba sincronizada. Si las células se activan en oleadas, podría ser su modo de indicar su posición al resto de células del cerebro, apunta el neurólogo William Moody, de la Universidad de Washington en Seattle.

 
Esta activación en oleadas en el cerebro de los ratones desempeña un papel en la estructuración del sistema nervioso durante su desarrollo, de forma que las regiones adyacentes del cerebro se correspondan con partes del cuerpo adyacentes. Si estas células jóvenes se activan en oleadas, esa actividad podría ser parte de este proceso de estructuración, señala Moody.


“Este es un trabajo descomunal”, dice sobre el nuevo estudio. “Han dado el primer paso para comprender al ser humano”.Existen distintos trastornos que pueden producirse cuando las neuronas no terminan en el lugar correcto. Y trastornos como el autismo también puede estar relacionado con una activación incorrecta, dice Moody.


Fecha original: 15 de Febrero de 2011
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sábado, 5 de marzo de 2011

Los Neurólogos descubren que débiles campos eléctricos en el cerebro ayudan a las neuronas a dispararse juntas

El comportamiento coordinado tiene lugar estén conectadas o no las neuronas a través de sinapsis.


El cerebro, – despierto y dormido – está bañado con actividad eléctrica, y no sólo de las señales individuales de neuronas que se comunican entre sí. De hecho, el cerebro está envuelto en incontables campos eléctricos solapados, generados por los circuitos neuronales de conexión de neuronas en comunicación. Durante un tiempo se pensó que los campos eran un “epifenómeno”, un ‘error’ de clasificación, que tiene lugar durante la comunicación neuronal”, dice el neurocientífico Costas Anastassiou, estudiante de posdoctorado en biología en el Instituto Tecnológico de California (Caltech).

El nuevo trabajo de Anastassiou y sus colegas, sin embargo, sugiere que los campos hacen mucho más y pueden, de hecho, representar una forma adicional de comunicación neuronal.

“En otras palabras”, dice Anastassiou, autor principal del artículo sobre el trabajo que aparece en la revista Nature Neuroscience, “aunque las neuronas activas dan lugar a campos extracelulares, los mismos campos realimentan a las neuronas y alteran su comportamiento”, incluso aunque las neuronas no están físicamente conectadas – un fenómeno conocido como acoplamiento efáptico. “Hasta el momento, la comunicación neuronal se pensaba que ocurría en máquinas localizadas, conocidas como sinapsis. Nuestro trabajo sugiere que hay un medio adicional de comunicación neuronal a través del espacio extracelular que es independiente de la sinapsis”.

Los campos eléctricos extracelulares existen en todo el cerebro, aunque son particularmente fuertes y robustos en áreas cerebrales específicas como el hipocampo, que está implicado en la formación de la memoria, y el neocórtex, el área donde se mantiene la memoria a largo plazo. “Las fluctuaciones perpetuas de estos campos extracelulares son el distintivo de un cerebro vivo y con buen funcionamiento en todos los organismos, y su ausencia es un potente indicador de un coma profundo, o incluso la muerte cerebral”, explica Anastassiou.

Anteriormente, los neurobiólogos suponían que los campos eran capaces de afectar – e incluso controlar – la actividad neuronal sólo durante condiciones patológicas graves tales como cuadros de epilepsia, que inducen campos magnéticos muy fuertes. Pocos estudios, no obstante, habían evaluado realmente el impacto de los campos más débiles – pero más comunes – no asociados a la epilepsia. “La razón es simple”, dice Anastassiou. “Es muy difícil llevar a cabo un experimento en vivo en ausencia de campos extracelulares”, para observar qué cambia cuando los campos no está cerca.

Para evaluar esos efectos, Anastassiou y sus colegas, incluyendo el neurocientífico de Caltech Christof Koch, Profesor Lois y Victor Troendle de Biología Cognitiva y del Comportamiento y profesor de computación y sistemas neuronales, se centró en campos potentes pero de poca oscilación, conocidos como potenciales de campo local (LFP), que surgen de los circuitos neuronales compuestos de unas células de cerebro de rata. Medir esos campos y sus efectos requería posicionar un cúmulo de diminutos electrodos dentro de un volumen equivalente al de una célula – y a una distancia de 50 millonésimas de metro unos de otros.

“Debido a que era tan difícil posicionar tantos electrodos dentro de un volumen tan pequeño de tejido cerebral, los hallazgos de nuestra investigación son realmente novedosos”, comenta Anastassiou. Anteriormente, explica, “nadie había sido capaz de lograr este nivel de resolución espacial y temporal”.

Un “inesperado y sorprendente hallazgo fue que los campos extracelulares muy débiles pueden alterar la actividad neuronal”, comenta. “Por ejemplo, observamos que campos tan débiles como un milivolt por milímetro alteran robustamente el disparo de neuronas individuales, e incrementan la conocida como “coherencia de pico de campo” – la sincronía con la que se disparan las neuronas en relación al campo. “En el cerebro de los mamíferos, sabemos que los campos extracelulares pueden fácilmente exceder los dos o tres milivolts por milímetro. Nuestros hallazgos sugieren que bajo tales condiciones, este efecto se hace significativo”.

¿Que significa todo esto para la computación cerebral? “Los neurocientíficos han especulado desde hace tiempo sobre esto”, dice Anastassiou. “Una coherencia de pico de campo incrementada puede mejorar sustancialmente la cantidad de información transmitida entre neuronas, así como incrementar su fiabilidad. Además, se ha sabido desde hace mucho que los patrones de actividad del cerebro relacionados con la memoria y la navegación, dan lugar a un robusto LFP y una mayor coherencia de pico de campo. Creemos que el acoplamiento efáptico no tiene un gran efecto, sino que contribuye en muchos niveles durante el intenso procesado cerebral”.

¿Pueden los campos eléctricos externos tener un efecto similar en el cerebro? “Esta es una pregunta interesante”, dice Anastassiou. “Efectivamente, la física dicta que cualquier campo externo tendrá un impacto en la membrana neuronal. Es importante, sin embargo, señalar que el efecto de campos impuestos externos dependerá también del estado del cerebro. Se podría pensar en el cerebro como en un ordenador distribuido – no todas las áreas muestran el mismo nivel de activación todo el tiempo.

“Si un campo impuesto de forma externa tiene impacto en el cerebro es algo que también depende de qué área del cerebro sea el objetivo. Durante los episodios epilépticos, los campos patológicos pueden ser tan fuertes como 100 milivolts por milímetro – tales campos incorporan con fuerza el disparo neuronal y dan lugar a estado súper-sincronizados”. Y esto, añade, sugiere que la actividad del campo eléctrico – incluso de campos externos – en ciertas áreas del cerebro, durante estados cerebrales específicos, puede tener potentes efectos cognitivos y de comportamiento.

Finalmente, a Anastassiou, Koch, y sus colegas les gustaría probar si el acoplamiento efáptico afecta a los procesos cognitivos de los humanos, y bajo qué circunstancias. “Creo firmemente que comprender el origen y funcionalidad de los campos cerebrales endógenos llevará a varias revelaciones sobre el procesado de información en el nivel de circuito, el cual, en mi opinión, es el nivel al que surgen las percepciones y conceptos”, comenta Anastassiou. “Esto, a su vez, nos llevará a abordar cómo la biofísica da lugar a la cognición de una forma mecanicista – y esto, creo, es el santo grial de la neurociencia”.

El trabajo del artículo, “Ephaptic coupling of cortical neurons“, que se publicó el 16 de enero en la edición on-line avanzada de la revista, fue patrocinado por el Consejo de Investigación en Ciencias Físicas e Ingeniería, la Fundación Sloan-Swartz, la Fundación Nacional Suiza de Ciencia, EU Synapse, la Fundación Nacional de Ciencia, la Fundación Mathers y la Fundación Nacional de Investigación de Corea.

Autor: Kathy Svitil
Fecha Original: 2 de febrero de 2011
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