propiedades eléctricas de las dendritas ayudan a explicar potencia de cálculo único de nuestro cerebro como las neuronas en los cerebros humanos y de rata llevan señales eléctricas de diferentes maneras, los científicos a encontrar.

Las neuronas del cerebro humano reciben señales eléctricas de miles de otras células, y largas extensiones neuronales llamadas dendritas juegan un papel fundamental en la incorporación de toda esa información para que las células puedan responder adecuadamente.

Utilizando muestras difíciles de obtener de tejido cerebral humano, Neurocientíficos del MIT han descubierto que las dendritas humanas tienen propiedades eléctricas diferentes a las de otras especies. Sus estudios revelan que las señales eléctricas se debilitan más a medida que fluyen a lo largo de las dendritas humanas, lo que resulta en un mayor grado de compartimentación eléctrica, lo que significa que pequeñas secciones de dendritas pueden comportarse independientemente del resto de la neurona.

Estas diferencias pueden contribuir a mejorar la potencia informática del cerebro humano., los investigadores dicen.

"No se trata sólo de que los humanos somos inteligentes porque tenemos más neuronas y una corteza más grande. De abajo hacia arriba, las neuronas se comportan de manera diferente,"dice Mark Harnett, Profesor asistente de desarrollo profesional de ciencias cognitivas y del cerebro Fred y Carole Middleton. “En las neuronas humanas, hay más compartimentación eléctrica, y eso permite que estas unidades sean un poco más independientes, potencialmente conduciendo a mayores capacidades computacionales de neuronas individuales”.

harnett, quien también es miembro del Instituto McGovern del MIT para la Investigación del Cerebro, Efectivo y Sydney, profesor asistente de neurología de la Facultad de Medicina de Harvard y el Hospital General de Massachusetts, son los autores principales del estudio, que aparece en oct. 18 cuestión de Célula. El autor principal del artículo es Lou Beaulieu-Laroche, un estudiante graduado en el Departamento de Cerebro y Ciencias Cognitivas del MIT.

computación neuronal

Dendritas pueden ser considerados como análogos a los transistores en una computadora, realizar operaciones sencillas usando señales eléctricas. Las dendritas reciben entrada de muchas otras neuronas y llevan esas señales al cuerpo celular. Si lo suficientemente estimulado, una neurona dispara un potencial de acción - un impulso eléctrico que a su vez estimula otras neuronas. Las grandes redes de estas neuronas se comunican entre sí para generar pensamientos y comportamiento.

La estructura de una sola neurona a menudo se asemeja a un árbol, con muchas ramas con lo que en la información que llega lejos del cuerpo celular. Investigaciones anteriores han descubierto que la intensidad de las señales eléctricas que llegan al cuerpo celular depende, en parte, sobre qué tan lejos viajan a lo largo de la dendrita para llegar allí. A medida que las señales se propagan, se vuelven más débiles, por lo que una señal que llega lejos del cuerpo celular tiene menos impacto que una que llega cerca del cuerpo celular.

Las dendritas en la corteza del cerebro humano son mucho más largas que las de las ratas y la mayoría de las otras especies., porque la corteza humana ha evolucionado hasta ser mucho más gruesa que la de otras especies. En humanos, la corteza constituye aproximadamente 75 porcentaje del volumen total del cerebro, medicamento formulado esperándote 30 por ciento en el cerebro de rata.

Aunque la corteza humana es dos o tres veces más gruesa que la de las ratas, mantiene la misma organización general, que consta de seis capas distintivas de neuronas. Neuronas de capa 5 Tienen dendritas lo suficientemente largas como para llegar hasta la capa. 1, lo que significa que las dendritas humanas han tenido que alargarse a medida que el cerebro humano ha evolucionado, y las señales eléctricas tienen que viajar mucho más lejos.

En el nuevo estudio, El equipo del MIT quería investigar cómo estas diferencias de longitud podrían afectar las propiedades eléctricas de las dendritas.. Pudieron comparar la actividad eléctrica en dendritas de ratas y humanas, utilizando pequeños trozos de tejido cerebral extraídos de pacientes con epilepsia sometidos a extirpación quirúrgica de parte del lóbulo temporal. Para llegar a la parte enferma del cerebro., Los cirujanos también tienen que extirpar un pequeño trozo del lóbulo temporal anterior..

Con la ayuda de los colaboradores de MGH Cash, Mateo Rana, Ziv Williams, y Emad Eskandar, El laboratorio de Harnett pudo obtener muestras del lóbulo temporal anterior., cada uno del tamaño de una uña.

La evidencia sugiere que el lóbulo temporal anterior no se ve afectado por la epilepsia, y el tejido parece normal cuando se examina con técnicas neuropatológicas, Harnett dice. Esta parte del cerebro parece estar involucrada en una variedad de funciones., incluido el lenguaje y el procesamiento visual, pero no es crítico para ninguna función; los pacientes pueden funcionar normalmente después de que se retira.

Una vez retirado el tejido, los investigadores lo colocaron en una solución muy similar al líquido cefalorraquídeo, con oxígeno fluyendo a través de él. Esto les permitió mantener vivo el tejido hasta 48 horas. Durante ese tiempo, Utilizaron una técnica conocida como electrofisiología de abrazadera de parche para medir cómo viajan las señales eléctricas a lo largo de las dendritas de las neuronas piramidales., Cuáles son el tipo más común de neuronas excitadoras en la corteza..

Estos experimentos fueron realizados principalmente por Beaulieu-Laroche.. laboratorio de harnett (y otros) Anteriormente se había realizado este tipo de experimento en dendritas de roedores., pero su equipo es el primero en analizar las propiedades eléctricas de las dendritas humanas..

Características unicas

Los investigadores descubrieron que debido a que las dendritas humanas cubren distancias más largas, una señal que fluye a lo largo de una dendrita humana desde una capa 1 al cuerpo celular en capa 5 es mucho más débil cuando llega que una señal que fluye a lo largo de una dendrita de rata desde la capa 1 para poner en capas 5.

También demostraron que las dendritas humanas y de rata tienen el mismo número de canales iónicos., que regulan el flujo de corriente, pero estos canales ocurren con una densidad más baja en las dendritas humanas como resultado del alargamiento de las dendritas.. También desarrollaron un modelo biofísico detallado que muestra que este cambio de densidad puede explicar algunas de las diferencias en la actividad eléctrica observadas entre las dendritas humanas y las de rata., Harnett dice.

Nelson Spruston, director senior de programas científicos del Campus de Investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes, describió el análisis de las dendritas humanas realizado por los investigadores como "un logro notable".

“Estas son las mediciones más detalladas hasta la fecha de las propiedades fisiológicas de las neuronas humanas.,"dice Spruston, quien no estuvo involucrado en la investigación. “Este tipo de experimentos son muy exigentes desde el punto de vista técnico., incluso en ratones y ratas, entonces desde una perspectiva técnica, Es bastante sorprendente que hayan hecho esto en humanos”.

La pregunta sigue siendo, ¿Cómo afectan estas diferencias a la capacidad intelectual humana?? La hipótesis de Harnett es que debido a estas diferencias, que permiten que más regiones de una dendrita influyan en la intensidad de una señal entrante, Las neuronas individuales pueden realizar cálculos más complejos sobre la información..

“Si tienes una columna cortical que tiene un trozo de corteza humana o de roedor, Podrás realizar más cálculos más rápido con la arquitectura humana versus la arquitectura de roedores.," él dice.

Hay muchas otras diferencias entre las neuronas humanas y las de otras especies., Harnett añade, lo que dificulta descubrir los efectos de las propiedades eléctricas dendríticas. En futuros estudios, espera explorar más a fondo el impacto preciso de estas propiedades eléctricas, y cómo interactúan con otras características únicas de las neuronas humanas para producir más potencia informática.

La investigación fue financiada por el Consejo Nacional de Investigación en Ciencias e Ingeniería de Canadá., el Programa de la Fundación Dana David Mahoney neuroimagen Subvención, y los Institutos Nacionales de Salud.

Fuente:

http://news.mit.edu, por Anne Trafton