Los diferentes tipos de estas proyecciones similares a ramas procesan la información entrante de diferentes maneras antes de enviarla al cuerpo de la neurona.
Investigadores del MIT han demostrado cómo las dendritas, extensiones similares a ramas que sobresalen de las neuronas, ayudan a las neuronas a realizar cálculos sobre la información que proviene de otras partes del cerebro.
En la foto, la interpretación de un artista de las dendritas.
- Dentro del cerebro humano, las neuronas realizan cálculos complejos sobre la información que reciben.
- Los investigadores del MIT ahora han demostrado cómo las dendritas, extensiones similares a ramas que sobresalen de las neuronas, ayudan a realizar esos cálculos.
Los investigadores encontraron que dentro de una sola neurona, diferentes tipos de dendritas reciben información de distintas partes del cerebro y la procesan de diferentes maneras. Estas diferencias pueden ayudar a las neuronas a integrar una variedad de entradas y generar una respuesta adecuada, dicen los investigadores.
En las neuronas que los investigadores examinaron en este estudio, parece que este procesamiento dendrítico ayuda a las células a captar información visual y combinarla con la retroalimentación motora, en un circuito que está involucrado en la navegación y la planificación del movimiento.
“Nuestra hipótesis es que estas neuronas tienen la capacidad de seleccionar características y puntos de referencia específicos en el entorno visual, y combinarlos con información sobre la velocidad de carrera, hacia dónde voy y cuándo voy a comenzar, para avanzar hacia un posición de la meta”, dice Mark Harnett, profesor asociado de ciencias del cerebro y cognitivas, miembro del Unraveling the Mysteries of the Brain – MIT McGovern Institute y autor principal del estudio.
Mathieu Lafourcade, ex postdoctorado del MIT, es el autor principal del artículo, que aparece hoy en Neuron .
Cálculos complejos
Cualquier neurona dada puede tener docenas de dendritas, que reciben información sináptica de otras neuronas. Los neurocientíficos han planteado la hipótesis de que estas dendritas pueden actuar como compartimentos que realizan sus propios cálculos sobre la información entrante antes de enviar los resultados al cuerpo de la neurona, que integra todas estas señales para generar una salida.
Dendritas
Investigaciones anteriores han demostrado que las dendritas pueden amplificar las señales entrantes utilizando proteínas especializadas llamadas receptores NMDA. Estos son receptores de neurotransmisores sensibles al voltaje que dependen de la actividad de otros receptores llamados receptores AMPA. Cuando una dendrita recibe muchas señales entrantes a través de los receptores AMPA al mismo tiempo, se alcanza el umbral para activar los receptores NMDA cercanos, creando una ráfaga adicional de corriente.
Se cree que este fenómeno, conocido como supralinealidad, ayuda a las neuronas a distinguir entre entradas que llegan juntas o separadas en el tiempo o el espacio, dice Harnett.
En el nuevo estudio, los investigadores del MIT querían determinar si los diferentes tipos de entradas están dirigidos específicamente a diferentes tipos de dendritas y, de ser así, cómo afectaría eso a los cálculos realizados por esas neuronas. Se centraron en una población de neuronas llamadas células piramidales, las principales neuronas de salida de la corteza, que tienen varios tipos diferentes de dendritas. Las dendritas basales se extienden por debajo del cuerpo de la neurona, las dendritas oblicuas apicales se extienden desde un tronco que viaja hacia arriba desde el cuerpo y las dendritas en penacho se ubican en la parte superior del tronco.
Harnett y sus colegas eligieron una parte del cerebro llamada corteza retroesplenial (RSC) para sus estudios porque es un buen modelo para la corteza de asociación, el tipo de corteza cerebral que se usa para funciones complejas como la planificación, la comunicación y la cognición social. El RSC integra información de muchas partes del cerebro para guiar la navegación, y las neuronas piramidales juegan un papel clave en esa función.
En un estudio con ratones, los investigadores primero demostraron que tres tipos diferentes de información ingresan a las neuronas piramidales del RSC: desde la corteza visual hacia las dendritas basales, desde la corteza motora hacia las dendritas oblicuas apicales y desde los núcleos laterales del tálamo. un área de procesamiento visual, en mechones dendritas.
“Hasta ahora, no ha habido mucho mapeo de qué entradas van a esas dendritas”, dice Harnett. “Descubrimos que aquí hay algunas reglas de cableado sofisticadas, con diferentes entradas que van a diferentes dendritas”.
Una gama de respuestas
Luego, los investigadores midieron la actividad eléctrica en cada uno de esos compartimentos. Esperaban que los receptores NMDA mostraran actividad supralineal, porque este comportamiento se ha demostrado antes en las dendritas de las neuronas piramidales tanto en la corteza sensorial primaria como en el hipocampo.
En las dendritas basales, los investigadores vieron justo lo que esperaban: la entrada proveniente de la corteza visual provocó picos eléctricos supralineales, generados por los receptores NMDA. Sin embargo, a solo 50 micras de distancia, en las dendritas oblicuas apicales de las mismas células, los investigadores no encontraron signos de actividad supralineal. En cambio, la entrada a esas dendritas impulsa una respuesta lineal constante. Esas dendritas también tienen una densidad mucho menor de receptores NMDA.
“Eso fue impactante, porque nadie había informado eso antes”, dice Harnett. “Lo que eso significa es que a los oblicuos apicales no les importa el patrón de entrada. Las entradas pueden estar separadas en el tiempo, o juntas en el tiempo, y no importa. Es solo un integrador lineal que le dice a la celda cuánta entrada está recibiendo, sin hacer ningún cálculo al respecto”.
Esas entradas lineales probablemente representan información como la velocidad de carrera o el destino, dice Harnett, mientras que la información visual que llega a las dendritas basales representa puntos de referencia u otras características del entorno. La supralinealidad de las dendritas basales les permite realizar tipos de cálculo más sofisticados en esa entrada visual, lo que, según la hipótesis de los investigadores, permite que el RSC se adapte de manera flexible a los cambios en el entorno visual.
En las dendritas del penacho, que reciben información del tálamo, parece que se pueden generar picos de NMDA,
pero no muy fácilmente. Al igual que las dendritas oblicuas apicales, las dendritas en penacho tienen una baja densidad de receptores NMDA. El laboratorio de Harnett ahora está estudiando lo que sucede en todos estos diferentes tipos de dendritas cuando los ratones realizan tareas de navegación.
La investigación fue financiada por una beca de doctorado de Boehringer Ingelheim Fonds, los Institutos Nacionales de Salud, el Fondo James W. y Patricia T. Poitras, el Programa de becas Klingenstein-Simons, un Premio académico Vallee y un Premio académico McKnight.
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