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Redes de neuronas, misterio para los estudiosos del cerebro

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Sinapsis, proceso de comunicación entre neuronas a través de señales eléctricas. Imagen: Jareni Ayala.

Por: María Luisa Santillán, DGDC-Ciencia UNAM.

«Sabemos cómo funciona la sinapsis, las neuronas y a nivel sistémico conocemos el funcionamiento del núcleo cerebral, para qué sirve y qué funciones tiene. Pero entre la parte sistémica y la celular hay un hueco muy grande. Es la fecha en que no sabemos cómo funcionan cien neuronas juntas”, explicó el doctor José Bargas Díaz, del Instituto de Fisiología Celular.

Durante la conferencia la Plasticidad de las Redes Neuronales, que se llevó a cabo como parte de la celebración de la Semana del Cerebro en el Instituto de Investigaciones Biomédicas, el investigador señaló que las neuronas funcionan emitiendo señales eléctricas, las cuales viajan por el axón de la célula hasta generar una sinapsis, el proceso que permite la comunicación con otra neurona.

La sinapsis entre una neurona y otra puede aumentar su fuerza, lo cual se conoce como potenciación, o disminuirla, lo que se llama depresión. Cuando lo hacen por largo tiempo se denominan potenciación de largo plazo y depresión de largo plazo. El universitario dijo que algunas personas han pensado que esto puede ser la base de la memoria.

Así, las sinapsis pueden conectarse, deprimirse e incluso eliminarse. El fenómeno completo se conoce como plasticidad sináptica de largo plazo y el resultado es que hay unas neuronas que quedan mejor conectadas, se agrupan y tienden a disparar señales eléctricas juntas.

De tal forma que unas sinapsis se refuerzan y otras se debilitan provocando cambios en los pesos sinápticos de todo el circuito, es decir, de todas las neuronas que están conectadas. Así, se forman trayectorias para que fluya la actividad neuronal. En ellas, las sinapsis que están debilitadas se excluyen, mientras las que están reforzadas se incluyen en la trayectoria. Por lo tanto, con este mecanismo de cambiar pesos sinápticos se van formando microcircuitos o redes neuronales.

“El problema de las neurociencias es entender cómo funcionan circuitos de pequeña escala, de entre 50 y 300 neuronas, y poder seguirlos mientras trabajan para ver si aprendemos algo, definir parámetros cuantitativos que definan diferentes clases de circuitos y buscar las reglas de funcionamiento de los microcircuitos neuronales”, dijo.

Con el fin de explicar estos circuitos existen varias hipótesis entre las que destacan que hay grupos de neuronas unidas física o funcionalmente que trabajan juntas; que un microcircuito o ensamble de neuronas está formado por estos grupos; que contienen tanto neuronas de proyección como interneuronas; que estas últimas son funcionalmente similares en los diferentes circuitos cerebrales aunque sus porcentajes cambian, y que los microcircuitos pueden ser iterativos y asociarse o disociarse, reorganizando los circuitos.

Circuitos neuronales

Nacemos con circuitos pre-ensamblados hechos con grupos de neuronas que se activan de manera simultánea o correlacionada. De esta manera, la actividad neuronal transita de un grupo de neuronas a otro formando secuencias. Y uno de los objetivos del grupo de investigación del doctor Bargas es entender cómo se hacen estas secuencias.

Su equipo de trabajo es multidisciplinario y está integrado por ingenieros, físicos, matemáticos, médicos y psicólogos, entre otros, quienes crearon un método para analizar estos circuitos y poder observar las neuronas. A través de distintos técnicas se pudo saber las coordenadas de aquellas neuronas que emitiera una señal eléctrica durante el estudio. También se detectó cuándo aumentaban su brillo y cuáles disparaban juntas y cuáles no.

Además, por medio de un algoritmo se puede saber qué grupos de neuronas son diferentes. Asimismo, a través de un vector pudieron observar que se sincronizan grupos de neuronas, que había alternancia entre éstas, así como recurrencia y una secuencia, por lo tanto existía un circuito.

En casos como los de la epilepsia se observa que no hay una secuencia entre las neuronas y todas disparan señales eléctricas. O cuando hay una hipersincronización de las neuronas se relaciona con casos de síndrome obsesivo compulsivo o párkinson.

“La hipersincronía es patológica, porque tiene que haber algo de sincronización cuando está funcionando el circuito y las sinapsis eléctricas –cuando se bloquean– evitan la actividad”, puntualizó el doctor Bargas Díaz.

De esta manera, en cada uno de los actos que realizamos hay un circuito neuronal y en sus secuencias se encuentran las representaciones mentales, las memorias y los momentos. Así, al reconectarse constantemente durante el aprendizaje y la experiencia, algunas neuronas son eliminadas y otras reclutadas en los grupos que forman las secuencias. Es decir, se nace con algunos circuitos, pero al tener un nuevo aprendizaje se crean otros. Por lo tanto, en el tiempo en que se forman nuevas sinapsis hay cambios estructurales y el circuito se reorganiza. Ésta es la forma como aprendemos y es posible gracias a la plasticidad cerebral, que usa unas sinapsis y evita otras.