Se ha detectado una señal única en su tipo en el cerebro humano: Heaven32
Los científicos han identificado una forma única de mensajería celular que ocurre en el cerebro humano. revelando cuánto nos queda por aprender sobre su misterioso funcionamiento interno.
Curiosamente, el descubrimiento sugiere que nuestros cerebros podrían ser unidades de computación incluso más poderosas de lo que pensábamos.
En 2020, investigadores de institutos de Alemania y Grecia informaron sobre un mecanismo en las células corticales externas del cerebro que produce por sí solo una nueva señal “graduada”, que podría proporcionar a las neuronas individuales otra forma de llevar a cabo sus funciones lógicas.
Al medir la actividad eléctrica en secciones de tejido extraídas durante la cirugía en pacientes epilépticos y analizar su estructura mediante microscopía fluorescente, los neurólogos descubrieron que las células individuales de la corteza utilizaban no sólo los habituales iones de sodio para “dispararse”, sino también el calcio.
Esta combinación de iones cargados positivamente provocó ondas de voltaje que nunca antes se habían visto, conocidas como potenciales de acción dendríticos mediados por calcio o dCaAP.
Los cerebros –especialmente los de la variedad humana– a menudo se comparan con las computadoras. La analogía tiene sus límites, pero en algunos niveles realizan tareas de manera similar.
Ambos utilizan la potencia de un voltaje eléctrico para realizar diversas operaciones. En las computadoras tiene la forma de un flujo bastante simple de electrones a través de intersecciones llamadas transistores.
En las neuronas, la señal se presenta en forma de una onda de apertura y cierre de canales que intercambian partícu las cargadas como sodio, cloruro y potasio. Este pulso de iones que fluyen se llama potencial de acción
En lugar de transistores, las neuronas gestionan estos mensajes químicamente al final de ramas llamadas dendritas.
“Las dendritas son fundamentales para comprender el cerebro porque son el núcleo de lo que determina el poder computacional de las neuronas individuales”, afirma el neurocientífico de la Universidad Humboldt. Matthew Larkum le dijo a Walter Beckwith en la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia en enero de 2020.
Las dendritas son los semáforos de nuestro sistema nervioso. Si un potencial de acción es lo suficientemente significativo, puede transmitirse a otros nervios, que pueden bloquear o transmitir el mensaje.
Estos son los fundamentos lógicos de nuestro cerebro: ondas de voltaje que pueden comunicarse colectivamente de dos formas: ya sea una Y mensaje (si x y y se activan, el mensaje se transmite); o un O mensaje (si x o y se activa, el mensaje se transmite).
Podría decirse que en ningún lugar esto es más complejo que en la densa y arrugada sección exterior del sistema nervioso central humano; la corteza cerebral. La segunda y tercera capas, más profundas, son especialmente gruesas y están repletas de ramas que llevan a cabo funciones de alto orden que asociamos con la sensación, el pensamiento y el control motor.
Fueron los tejidos de estas capas los que los investigadores observaron de cerca, conectando células a un dispositivo llamado abrazadera de parche somatodendrítico para enviar potenciales activos hacia arriba y hacia abajo en cada neurona, registrando sus señales.
“Hubo un momento ‘eureka’ cuando vimos los potenciales de acción dendríticos por primera vez”. dijo Larkum.
Para asegurarse de que los descubrimientos no fueran exclusivos de las personas con epilepsia, verificaron dos veces sus resultados en un puñado de muestras tomadas de tumores cerebrales.
Si bien el equipo había llevado a cabo experimentos similares en rataslos tipos de señales que observaron zumbando a través de las células humanas eran muy diferentes.
Más importante aún, cuando administraron a las células un bloqueador de los canales de sodio llamado tetrodotoxina, aún encontraron una señal. Sólo bloqueando el calcio todo se calmó.
Encontrar un potencial de acción mediado por el calcio es bastante interesante. Pero modelar la forma en que funcionaba este nuevo tipo sensible de señal en la corteza cerebral reveló una sorpresa.
Además de la lógica Y y Ofunciones de tipo, estas neuronas individuales podrían actuar como ‘exclusivo’ O (XOR) interseccionesque solo permiten una señal cuando otra señal se clasifica de una manera particular.
“Tradicionalmente, el XOR Se ha pensado que su funcionamiento requiere una solución de red”, los investigadores escribieron.
Es necesario trabajar más para ver cómo se comportan los dCaAP en neuronas enteras y en un sistema vivo. Sin mencionar si se trata de algo humano o si mecanismos similares han evolucionado en otras partes del reino animal.
La tecnología también busca inspiración en nuestro propio sistema nervioso para desarrollar un mejor hardware; Saber que nuestras propias células individuales tienen algunos trucos más bajo la manga podría conducir a nuevas formas de conectar transistores en red.
Exactamente cómo esta nueva herramienta lógica contenida en una sola célula nerviosa se traduce en funciones superiores es una pregunta que los futuros investigadores deberán responder.
Esta investigación fue publicada en Ciencia.
Una versión anterior de este artículo se publicó en enero de 2020.