¿Qué hace que las células del cerebro humano sean diferentes?
El neurocientífico español Santiago Ramón y Cajal revolucionó la investigación del cerebro cuando observó por primera vez las neuronas. Su investigación tiene más de 100 años y revela los intrincados detalles de las células nerviosas en muchos animales diferentes, incluidos los humanos: dendritas similares a raíces unidas a cuerpos celulares esféricos desde los cuales se extienden axones alargados.
El examen de Cajal también reveló que las dendritas humanas, a través de las cuales las células nerviosas reciben señales de otras neuronas, son mucho más largas que las de los roedores y otros animales, e incluso que las de otros primates no humanos.Un nuevo estudio, publicado esta semana en célula, mostró que en los humanos, estas proyecciones similares a antenas también tienen diferentes propiedades eléctricas, lo que puede ayudar a explicar cómo el cerebro procesa la información entrante.
En las décadas transcurridas desde las observaciones iniciales de Cajal, los científicos han estado observando más de cerca las dendritas. Aún así, «lo único que realmente sabemos sobre las dendritas humanas es su anatomía», dice el neurocientífico del MIT Mark Harnett. «Debido a su longitud, las dendritas humanas tienen mucho potencial para hacer algo diferente, pero que yo sepa, no hay trabajos publicados sobre sus propiedades eléctricas reales».
Entonces, Harnett y sus colegas se propusieron investigar si la longitud de las dendritas afecta las señales eléctricas que viajan a través de ellas. Con la ayuda de los neurólogos de Sydney Cash en el Hospital General de Massachusetts, pudieron extraer tejido cerebral de pacientes con epilepsia que se sometían a una cirugía de rutina para ayudar a reducir las convulsiones, en la que los médicos extraen periódicamente partes de la corteza temporal para tener acceso al hipocampo. , una estructura profunda en el cerebro donde a menudo se originan las convulsiones. Una vez que se obtuvo el tejido resecado, el equipo lo llevó rápidamente al laboratorio, donde se seccionaron y analizaron las muestras. Debido a que el tejido humano solo sobrevive unos pocos días, los experimentos suelen durar 48 horas seguidas. “Trabajábamos por turnos, nos íbamos a casa a dormir y luego volvíamos y continuábamos grabando”, dijo Harnett.
En total, el equipo de Harnett examinó cortes de cerebro de nueve pacientes y 30 ratas. Para estudiar las propiedades eléctricas de las neuronas en estas muestras, los investigadores utilizaron grabaciones de pinzas de parche, que implican unir pequeñas agujas de vidrio a las células nerviosas para medir su actividad. Estas sondas sugieren que, aunque las dendritas humanas y de roedores comparten características básicas, como la capacidad de generar potenciales de acción, existen algunas diferencias clave entre las dos especies. Cuando los investigadores inyectaron una corriente eléctrica en las dendritas de las neuronas, encontraron que había mucha menos actividad en el soma (cuerpo celular) de las células humanas que en los roedores. «Inmediatamente se nota [signaling is] más separados [in human dendrites]», dijo Harnett. «Esto significa que cualquier procesamiento local que ocurra en las dendritas puede ocurrir independientemente de lo que sucede en el soma. «
Harnett compara estos compartimentos dendríticos con canicas en una cerradura: a medida que la cerradura se vuelve más compleja, obtienes más canicas y necesitas una llave más complicada para abrirla. De manera similar, las dendritas humanas pueden requerir señales muy específicas para afectar fuertemente a las células somáticas. En última instancia, las propiedades de las dendritas humanas podrían dar a las neuronas más poder de cómputo que los roedores. Debido a que las señales viajan más fácilmente de un extremo al otro de una célula en las ratas, señala Harnett, esto sugiere que el procesamiento de las señales eléctricas está menos compartimentado en las dendritas de estos animales.
Michael Hausser, un neurocientífico de la UCL que no participó en el trabajo, dijo que el nuevo estudio respalda décadas de investigación en animales, en su mayoría roedores, que muestran que las dendritas pueden separar las señales de esta manera. Con base en estas observaciones, los científicos esperaban que las neuronas humanas tuvieran un mayor grado de división de dendritas que las dendritas en muchos otros animales porque son mucho más largas, dijo. El trabajo posterior en modelos computacionales mostró que tener más compartimentos de procesamiento independientes dentro de las dendritas podría proporcionar una mayor potencia computacional dentro de una sola célula.
Aún así, los cálculos reales realizados por las dendritas, y el comportamiento asociado con la actividad en estas ramas neuronales, siguen sin estar claros. Pero los científicos tienen algunas ideas: una posibilidad, dijo Hausser, es que la actividad eléctrica dentro de las dendritas pueda detectar diferentes señales que están presentes al mismo tiempo, por ejemplo, información entrante sobre el aroma y la forma de una rosa. Además de reconocer las diferentes entradas a las neuronas, las dendritas también pueden estar involucradas en reunir esta información y almacenarla.
Por supuesto, estas ideas aún no se han probado experimentalmente. Pero el estudio de Harnett «representa el primer paso en la exploración de una nueva era de nuestras propias dendritas», dijo Hauser. «Esto es muy importante para comprender cómo funciona el cerebro humano».
Javier de Felipe, neurocientífico del Instituto Cajal de Madrid que no participó en el trabajo, dijo que el estudio apunta a la importancia de estudiar el tejido humano. Gran parte de la investigación en neurociencia se basa en la investigación en roedores, pero los cerebros de los animales difieren de los humanos en varios aspectos. Este trabajo muestra que, además de las diferencias de tamaño, existen diferencias en el funcionamiento de los órganos humanos. «Nuestro cerebro no es el cerebro de un ratón más grande», dijo DeFelipe.
