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07/feb/03




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Una ventana permite observar cómo se recablea el cerebro en respuesta a las experiencias

(Science Daily) Los investigadores del Howard Hughes Medical Institute han desarrollado una sofisticada técnica de microscopía que les permite observar los cerebros de ratones vivos y ver cómo se recablean las neuronas mientras aprenden, adaptándose a nuevas experiencias.

De sus estudios surge que el recableado del cerebro involucra la formación y eliminación de sinapsis, que son las conexiones entre las neuronas. La técnica ha aportado un nuevo modo de examinar la forma en que la experiencia produce cambios en la organización de las conexiones neuronales del cerebro.

Los investigadores (el asociado postdoctoral Josh Trachtenberg, el estudiante graduado Brian Chen y Karel Svoboda, un investigador del Howard Hughes Medical Institute del Cold Spring Harbor Laboratory) publicaron un informe de sus primeros hallazgos en el ejemplar de Nature del 19 de diciembre del 2002.

Según Svoboda, los investigadores habían demostrado antes que el cerebro adulto tiene la capacidad de reorganizarse en respuesta a nuevas experiencias. Sin embargo, no estaba claro cómo es que se produce la reorganización. Svoboda y sus colegas deseaban visualizar cómo podía inducir el aprendizaje a la reestructuración de los circuitos neurales y no podían hacerlo usando las técnicas convencionales.

Para estudiar ese tipo de cambios en animales vivos, el equipo de Svoboda comenzó el trabajo sobre ratones transgénicos, que fueron modificados para producir una proteína fluorescente verde en las neuronas, en una porción del cerebro que procesa la información sensorial táctil de los bigotes. Para observar en alta resolución los cambios en esas neuronas, los científicos construyeron un microscopio de barrido láser de fotones. El sistema se vale de un láser infrarrojo para excitar la proteína fluorescente de las neuronas, bien en el interior del cerebro, ingresando a través de una pequeña ventana de vidrio instalada en el cráneo del ratón.

"En cuanto tuvimos esta grandiosa herramienta para observar el cerebro con una resolución antes imposible, no sabíamos qué debíamos esperar y comenzamos a trabajar sin una noción preconcebida de lo que íbamos a ver en esos animales", dijo Svoboda. "Nuestras primeras observaciones de la estructura a gran escala de las neuronas, sus axones y dendritas, revelaron que se mantenían notablemente estables a lo largo de un mes". Las dendritas y los axones son estructuras muy ramificadas. Las dendritas son las entradas de las neuronas y los axones sus salidas.

"Sin embargo, cuando ampliamos para ver más de cerca, encontramos que había algunas espinas de las dendritas que aparecían y desaparecían de un día a otro", agregó Svoboda. Esas espinas pinchan la superficie de las dendritas, como brotes de un árbol, y forman el extremo receptivo de las sinapsis, que son las uniones entre las neuronas, el lugar donde se liberan los neurotransmisores.

"Este hallazgo fue inesperado, debido a que la imagen tradicional del desarrollo neural dice que la formación de las sinapsis cesa cuando los animales maduran, un hecho indicado por las densidades sinápticas estables", explicó Svoboda. "Sin embargo, esa visión falla en que en realidad la densidad estable sólo indica una cantidad estable de nacimientos y muertes de sinapsis, lo que no implica que no existe formación de nuevas sinapsis, aunque por lo general se lo interprete de esta manera."

En sus experimentos, Svoboda y sus colegas observaron que alrededor del veinte por ciento de las espinas desaparecían de un día al otro, reemplazadas por otras recién formadas.

"Estábamos sorprendidos por la velocidad de reemplazo de algunas espinas y también de la increíble estabilidad de otras", dijo Svoboda. Parece que hay diferentes clases de espinas. Mientras que hay algunas que se intercambian rápidamente, otras, normalmente las más grandes, persisten durante meses.

Para comprobar que las nuevas espinas realmente forman sinapsis, los investigadores analizaron posteriormente con microscopio electrónico cortes de cerebro de las regiones que habían observado en los ratones vivos. Los estudios revelaron que las espinas recién brotadas habían formado sinapsis.

Los investigadores exploraron también de qué modo era afectada la renovación de las espinas por las experiencias sensoriales. En este bloque de experimentos, recortaron algunos bigotes de los ratones, forzándolos a experimentar su entorno con un conjunto disminuido de "sensores". Esta manipulación expandió la representación de los bigotes intactos a expensas de los que fueron recortados. Hubo un dramático efecto en la renovación de las espinas.

"Descubrimos en esos animales un incremento pronunciado del ritmo de nacimiento y desaparición de sinapsis, evidenciado por un incremento en la renovación de espinas", informó Svoboda. "Esta observación indica que hubo un pronunciado recableado del circuito sináptico, en el que se formaron nuevas sinapsis y se eliminaron otras", agregó.

En otro artículo publicado en Nature, investigadores del New York School of Medicine dirigidos por Wen-Biao Gan informaron que en un ratón que ellos estudiaron no observaron renovación de las espinas en una región de su córtex visual. Aunque los resultados de los experimentos pueden parecer contradictorios, Svoboda dice que no es necesario sacar esa conclusión. Según él, el córtex visual de los animales adultos puede exhibir una renovación de espinas muchísimo menor que la región sensorial táctil estudiada por su grupo. Además, si los animales de los experimentos hechos por Gan y sus colegas vivieron en un entorno empobrecido en lo visual, la plasticidad sináptica dependiente de la experiencia puede haber sido poco notable.

Svoboda dice que los resultados de su equipo sugieren que en el cerebro adulto opera un modelo de "corte y prueba", con el cual se mantiene la plasticidad. "Creemos que esa gran tasa de renovación que observamos puede jugar un rol importante en la plasticidad neural, en la que las espinas recién brotadas se extienden para probar diferentes asociaciones presinápticas en las neuronas vecinas", dijo Svoboda. "Si una conexión es favorable —es decir, que refleja el tipo deseable de recableado del cerebro— entonces las sinapsis se estabilizan y se vuelven más estables. Pero la mayoría de esas sinapsis no van en la dirección correcta, de modo que se retraen".

Según Svoboda, el descubrimiento de que la plasticidad estructural del cerebro adulto está limitada a las sinapsis y espinas puede ayudar a explicar el fenómeno de los "períodos críticos" del desarrollo. Durante la parte inicial de la maduración del animal hay ciertos períodos críticos en los que la plasticidad del cerebro está muy activa. Cuando el animal llega a ser adulto, la plasticidad se reduce.

"Puede ser que en la adultez, debido a que la estructura de las neuronas a gran escala no cambia, el cerebro se convierta esencialmente en una intrincada malla de procesos neuronales. Los axones y dendritas están prendidos entre sí como vecinos de toda una vida", explicó Svoboda. "Cada neurona, entonces, tendrá un número limitado de vecinos permanentes, de modo que cualquier recableado se limitará a cambios en las espinas que conectan esas neuronas entre sí."

Svoboda y sus colegas planean explorar, en el futuro, cómo cambia el circuito cerebral a gran escala, estudiando ratones modificados con diversas proteínas fluorescentes en distintas poblaciones de neuronas.

La nota original se puede hallar aquí


            

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