Un nuevo estudio realizado en la Universidad de California UCLA, podría cambiar la visión de los científicos de cómo trabaja el cerebro y podría a su vez llevar a una mejor forma de desarrollar nuevos tratamientos de las enfermedades neurodegenerativas y a mejorar el desarrollo de computadores que se acerquen un poco más a tener un funcionamiento más parecido al del cerebro humano.
La investigación, de la que se hacen eco publicaciones digitales, estuvo enfocada en el estudio de la estructura y la función de las dendritas, componentes esenciales de las neuronas.
Las neuronas, células del cerebro, con su famosa figura de estrellas, o de ramas de un árbol, están formadas por un cuerpo central o soma y las numerosas ramificaciones llamadas dendritas, que se extienden en todas las direcciones.
El soma genera impulsos eléctricos breves, conocidos como pulsaciones o picos o potenciales de acción (spikes) que sirven para establecer conexiones y comunicación con otros somas. Los científicos pensaban que esos impulsos activaban las dendritas, que de manera pasiva enviaban la corriente a los somas de otras neuronas. Este proceso constituye la base de cómo trabaja la memoria, formando y almacenando información.
Pero el equipo de la UCLA descubrió que las dendritas no son tan solo conductoras pasivas. Su investigación demuestra que están activas eléctricamente en animales en continuo movimiento, generando hasta 10 veces más impulsos que los somas.
Este hallazgo desafía la creencia general de que los impulsos eléctricos generados en el cuerpo central de las neuronas eran la fuente principal para el poner en marcha los mecanismos cerebrales que permiten la percepción, el aprendizaje y la formación de la memoria.
Los investigadores encontraron también que las dendritas generan fluctuaciones de voltaje largas, además de los impulsos cortos. Los impulsos cortos son binarios, eventos de todo o nada. Los somas generan solo impulsos de todo o nada, similares a cómo funcionan los computadores digitales. Las dendritas, al producir variaciones de voltaje más largas y lentas, es posible que estén ejecutando una computación análoga.
Estudios recientes en cortes de tejido del cerebro habían mostrado que las dendritas podían generar impulsos eléctricos, pero no estaba claro si ese comportamiento ocurría durante la actividad normal del cerebro y, menos aún, si era frecuente.
Medir los impulsos eléctricos de las dendritas durante la actividad normal del cerebro siempre ha sido un desafío grande porque ellas son muy delicadas. Por ejemplo, en estudios con ratones de laboratorio, los científicos han descubierto que el poner electrodos dentro de las dendritas termina matándolas.
Así, para resolver el problema el equipo de la UCLA, desarrolló una técnica nueva que les permitió colocar los electrodos cerca, en lugar de dentro de las dendritas.
Con la nueva técnica, los científicos pudieron medir la actividad de las dendritas en ratones que se movían de forma libre en un gran laberinto y durante 4 días.
Cuando tomaron medidas de la corteza parietal posterior, la parte del cerebro que desempeña un papel crucial en la planeación del movimiento, los investigadores encontraron mayor actividad en las dendritas que en los somas –aproximadamente cinco veces más cuando los animales dormían y 10 veces más cuando andaban por ahí explorando.
“Muchos modelos anteriores asumen que el aprendizaje se da cuando los cuerpos celulares, somas, de dos neuronas están activos al mismo tiempo”, dice Jason Moore, investigador de la UCLA.
“Nuestros hallazgos indican que el aprendizaje puede ocurrir cuando la neurona que envía la señal está activa al mismo tiempo que una dendrita está activa, y puede ocurrir que otras dendritas también estén activas, lo que sugiere una mayor flexibilidad en cómo el aprendizaje se da dentro de una única neurona”.
Estudiar el soma de las neuronas para entender cómo trabaja el cerebro ha provisto de un buen marco teórico para poder contestar los interrogantes de los científicos y los médicos del área, para diagnosticar y tratar enfermedades hasta la mejor manera de construir computadores. Pero, dice Mehta, el marco estaba basado tan solo en la comprensión de que el cuerpo de la célula neuronal toma las decisiones y de que el proceso es digital.
“Lo que nosotros hemos encontrado indica que esas decisiones se toman con mucha mayor frecuencia en las dendritas que en el soma, y que las computaciones no son solo digitales sino también analógicas”, dice Mehta.
“Como consecuencia de dificultades tecnológicas, la investigación en las funciones del cerebro se ha enfocado en gran medida en el soma neuronal, pero hemos descubierto la vida secreta de las neuronas, que reside en las extensas ramas neuronales. Nuestros resultados cambian de manera sustancial nuestro entendimiento de cómo trabajan las neuronas”, significó.