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domingo, 11 de septiembre de 2022
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viernes, 9 de septiembre de 2022
Cerebro: ¿Por qué son tan importantes las neuronas humanas?.................. La diversidad entre las neuronas piramidales corticales humanas revelada a través de sus corrientes de hundimiento y preferencias de frecuencia
A través del acceso al tejido neuronal humano vivo es posible identificar algunas de las características funcionales que hacen de las neuronas humanas únicas. Por ejemplo, cómo funcionan sus circuitos neuronales.
Representación artística de una red neuronal

Editor y periodista especializado en ciencia y naturaleza
El estudio in vivo del tejido neuronal humano es una práctica muy poco habitual. Para llevar a cabo este tipo de investigaciones científicas se requieren pacientes dispuestos a participar en los estudios, neurocirujanos que recolecten y entreguen las muestras en buenas condiciones, neurocientíficos especializados que además cuenten con las instalaciones de investigación y la tecnología necesarias para estudiar estos tejidos, además de especialistas en ética que velen con las máximas garantías por los derechos y la seguridad de los pacientes. Es por ello que el trabajo llevado a cabo por científicos del Instituto Krembil de Neurociencias y el Centro para el estudio de la Adicción y la Salud Mental -CAMH- de Toronto, podría ser revolucionario. Se trata de una investigación en la que, valiéndose del acceso poco común a estudio de tejido cortical humano vivo, han logrado identificar algunas de las características funcionales más importantes que hacen que nuestras neuronas sean únicas. Los resultados fueron publicados en un artículo titulado "Diversity amongst human cortical pyramidal neurons revealed via their sag currents and frequency preferences".
"El objetivo de este estudio fue comprender qué hace que las células del cerebro humano sean 'humanas' y cómo funcionan sus circuitos"
La investigación fue una de las primeras de su tipo llevado a cabo en neuronas humanas vivas y uno de los más grandes realizados sobre la diversidad de células piramidales corticales humanas hasta la fecha. También conocidas como neuronas piramidales, estas células, cuyo descubrimiento y primeros estudios debemos a Santiago Ramón y Cajal, se hallan en diversas partes del cerebro, como la corteza cerebral, el hipocampo o la amígdala. De ellas se sabe que son fundamentales en el control motor y se cree que juegan un papel muy importante en mayoría de tareas cognitivas complejas como la expresión de la personalidad, los procesos de toma de decisiones o la adecuación del comportamiento social a cada momento.
Una operación a "cerebro abierto"
"En la actualidad se sabe poco acerca de las formas y propiedades eléctricas de las neuronas humanas adultas vivas debido a la rareza de obtener tejido cerebral humano vivo, ya que aparte de las cirugías realizadas para el tratamiento de la epilepsia, existen muy pocas oportunidades para obtener este tipo de muestras" explica Valiante. Sin embargo, durante una cirugía rutinaria en pacientes con epilepsia y tumores, previo consentimiento de los mismos, el equipo empleó el tejido cerebral extraído para caracterizar la morfología y propiedades de las células individuales dentro de varios cortes de tejido cerebral.

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LA CIENCIA DEL SUEÑO
En total, el equipo pudo analizar más de 200 neuronas de 61 pacientes, lo que refleja el mayor conjunto de datos de su tipo obtenidos hasta la fecha y encapsula casi una década de trabajo minucioso. Tras un examen inicial, los miembros del Centro Krembil de Neuroinformática utilizaron nuevos análisis de datos a gran escala para identificar las propiedades que distinguían a las neuronas de esta cohorte entre sí. Luego los resultados se compararon con los de otros centros que realizan un trabajo similar con muestras de tejido cerebral humano, como el Instituto Allen de Ciencias del Cerebro en Seattle, Washington.
Entre sus conclusiones, el equipo de Valiante y Tripathy descubrió que existe una enorme diversidad entre las células piramidales neocorticales humanas, así como que dependiendo de su posición en el neocórtex, también difieren en su comportamiento eléctrico y fisiológico. También encontraron diferencias notables e inesperadas entre sus hallazgos y experimentos similares en modelos preclínicos con animales, algo que el doctor Tripathy cree que probablemente refleja la expansión masiva del neocórtex humano en comparación con otros mamíferos y primates. "Los resultados también nos proporcionan una hipótesis plausible para la generación de ritmos theta corticales humanos - oscilaciones electromagnéticas detectadas en el cerebro humano generalmente asociadas al sueño- impulsados por neuronas de capa profunda", añade por su parte la autora principal del artículo, la doctora Homeira Moradi Chameh, del departamento de Neurociencia Clínica y Computacional del Instituto Krembil de Neurociencias

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UN SUEÑO DE CALIDAD PODRÍA PREVENIR LA DEMENCIA
"Este conjunto de datos único nos permitirá construir modelos computacionales del cerebro humano de un valor incalculable para el estudio de neuropatologías puramente humanas", comenta otro de los coautores del estudio, el doctor Scott Rich, investigador postdoctoral en el laboratorio del Dr. Valiante. "Por ejemplo, se sabe que las propiedades celulares que impulsan muchas de las características únicas identificadas en estas neuronas se alteran en ciertos tipos de epilepsia. Al implementar estas características en modelos computacionales, podremos estudiar cómo estas alteraciones afectan, a diversas escalas espaciales en el cerebro humano, las dinámicas relacionadas con la epilepsia. Posteriormente, la traducción de estos hallazgos de 'ciencia básica' en potenciales aplicaciones clínicas podría a abrir la puerta a nuevas vías para la investigación y el tratamiento de esta terrible enfermedad", concluye.

Diversas morfologías y propiedades de membrana pasiva de células piramidales en L2 y 3, L3c y L5
Para confirmar la orientación exitosa de las células piramidales, se llenó un subconjunto de neuronas con biocitina y se sometió a una reconstrucción morfológica posterior. La figura 1a muestra ejemplos de barridos electrofisiológicos de células piramidales L2 y 3, L3c y L5 con las correspondientes reconstrucciones morfológicas tridimensionales (3D).
a Ejemplo de reconstrucciones 3D (arriba) y trazas de voltaje (abajo) para células piramidales L2 y 3, L3c y L5 después de la inyección de corriente hiperpolarizante y despolarizante. La capa cortical y la posición relativa desde la superficie pial se anotan para cada celda reconstruida. Asterisco en una rama de la dendrita apical en la celda g con truncamiento (por lo demás, las morfologías de las dendritas no estaban visiblemente truncadas). b – d Potenciales de membrana en reposo ( p = 0,007) ( b ), resistencias de entrada ( p = 0,111) ( c ) y constantes de tiempo de membrana ( p < 0,0001) ( d ) para células piramidales en L2&3, L3c y L5. Barras de error en b – ddenotan la media y las desviaciones estándar (DE). Se utilizó ANOVA post hoc de una vía con la prueba de comparación múltiple de Dunn para la comparación estadística. L2 y 3 ( n = 56), L3c ( n = 15) y L5 ( n = 105). ** denota p = 0,007 y *** denota p < 0,001. Los datos de origen se proporcionan como un archivo de datos de origen.
Propiedades subumbrales de membrana activa de células piramidales en L2 y 3, L3c y L5
Para analizar el voltaje de caída y la despolarización de rebote, inyectamos una serie de corrientes hiperpolarizantes (L2 y 3: n = 56, L3c: n = 15, L5: n = 105). Las células piramidales L5 tenían amplitudes de voltaje de caída significativamente mayores que las células piramidales L2 y 3 (L2 y 3: 1,7 ± 1,1 mV, L3c: 2,3 ± 0,7 mV, L5: 3,2 ± 1,9 mV, p < 0,0001 entre L2 y 3 y L5; Fig. 2a, b ). Encontramos resultados similares utilizando la medida de relación de hundimiento adimensional que normaliza las diferencias de resistencia de entrada entre las neuronas (Fig. 2a complementaria ). Observamos que la relación de hundimiento se correlaciona positivamente con las amplitudes de hundimiento (Fig. 3 complementaria , r = 0,68). Estos resultados se replicaron aún más a partir del conjunto de datos del Instituto Allen (Fig. 4 complementaria ; L2: 0,51 ± 0,045; L3: 0,125 ± 0,067; L5: 0,149 ± 0,072; p = 2,21 × 10 −6 entre L2 y L3, p = 0,012 entre L2 y L3). L3 y L5). Estos hallazgos respaldan la evidencia reciente de una correlación positiva entre la amplitud del voltaje de caída y la distancia desde la superficie pial 4 , y nuestros resultados extienden aún más esta relación a L5.
un barrido de voltaje de ejemplo de una celda piramidal L5 representativa durante la inyección de un paso de corriente hiperpolarizante de −400 pA. Las flechas indican el voltaje de caída y la despolarización de rebote y el pico de rebote posterior a la hiperpolarización . b , c Amplitud de tensión de caída ( p < 0,0001; ANOVA post hoc de una vía con la prueba de comparación múltiple de Dunn, L2&3 ( n = 56), L3c ( n = 15) y L5 ( n = 105)) ( b ) y rebote amplitud de despolarización ( p < 0,0001; ANOVA post hoc de una vía con la prueba de comparación múltiple de Dunn, L2&3 ( n = 56), L3c ( n = 15) y L5 ( n = 105)) ( c) entre células piramidales L2&3, L3c y L5 muestreadas en respuesta a la inyección de corriente hiperpolarizante. Las líneas y las barras de error indican la media y la desviación estándar y los asteriscos indican la importancia de la comparación de grupos. d Ejemplo de barridos de voltaje en la línea de base (rojo, verde y azul) y después de la aplicación del baño (púrpura) del bloqueador I h ZD7288 (10 µM) después de la inyección de −400 pA. e , f La aplicación de baño de ZD7288 disminuyó la amplitud del voltaje de caída (L2 y 3-ZD: p = 0,001, n = 13; L3c-ZD: p = 0,125, n = 4; L5-ZD: p = 0,002, n = 10; Wilcoxon emparejado prueba de rango con signo de pares) ( e) y amplitud de despolarización de rebote (L2 y 3-ZD: p = 0,002, n = 13; L3c-ZD: p = 0,125, n = 4; L5-ZD: p = 0,002, n = 10; prueba de rango con signo de pares emparejados de Wilcoxon) ( f ) en todas las capas. *** denota p ≤ 0,001 y ** denota p = 0,002. Los datos de origen se proporcionan como un archivo de datos de origen.
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