El desarrollo del cerebro es un proceso crucial que influye en nuestra vida a lo largo del tiempo. En este sentido, los neurocientíficos están profundamente interesados en comprender cómo se lleva a cabo este fenómeno. Un reciente estudio realizado por investigadores del Picower Institute for Learning and Memory en el MIT ha puesto de relieve la importancia de una clase particular de neuronas en el desarrollo de la corteza visual en ratones, revelando que estas células siguen un conjunto de reglas sorprendentes que podrían facilitar la optimización de circuitos neuronales.
Durante las primeras etapas del desarrollo cerebral, diversas neuronas emergen en la corteza visual, encargada de procesar la información visual. Entre ellas, se encuentran neuronas “excitatorias”, que impulsan la actividad de los circuitos cerebrales, y neuronas “inhibitorias”, que regulan dicha actividad. Así como un automóvil necesita tanto un motor como frenos para funcionar correctamente, el cerebro requiere un equilibrio saludable entre excitación e inhibición para operar adecuadamente. Durante un período crítico de desarrollo en la corteza visual, inmediatamente después de abrir los ojos por primera vez, las neuronas excitatorias e inhibitorias establecen y modifican millones de conexiones, o sinapsis, adaptándose a la avalancha de experiencias visuales entrantes.
Nuevas Revelaciones sobre Neuronas Inhibitorias
El estudio publicado en The Journal of Neuroscience, liderado por el científico investigador del MIT Josiah Boivin y la profesora Elly Nedivi, ha permitido rastrear visualmente las neuronas inhibitorias que expresan somatostatina (SST) mientras forman sinapsis con células excitatorias a lo largo de sus extensas ramas dendríticas. Este seguimiento se realizó con una resolución sin precedentes antes, durante y después del período crítico. Resulta sorprendente que la actividad de estas células SST no dependa del input visual, lo que sugiere que podrían desempeñar un papel fundamental al establecer el nivel base de inhibición necesario para garantizar que solo ciertos tipos de entradas sensoriales desencadenen la refinación del circuito.
Nedivi, quien ocupa el cargo de profesora William R. y Linda R. Young en el Picower Institute y en los departamentos de Biología y Ciencias Cognitivas del MIT, señala: “¿Por qué necesitarías parte del circuito que no es realmente sensible a la experiencia? Podría ser que esté preparando el terreno para que los componentes dependientes de la experiencia hagan su trabajo”. Por su parte, Boivin añade: “Aún no sabemos si las neuronas SST juegan un papel causal en la apertura del período crítico, pero ciertamente están en el lugar adecuado y en el momento adecuado para moldear la circuitería cortical en una etapa crucial del desarrollo”.
Técnicas Innovadoras para Visualizar Sinapsis
Para visualizar el desarrollo de las sinapsis SST-excitatorias, el equipo utilizó una técnica genética que combina proteínas sinápticas con moléculas fluorescentes para resolver la aparición de los “botones” utilizados por las células SST para conectarse con neuronas excitatorias. Además, aplicaron una técnica llamada eMAP, desarrollada por el laboratorio del Kwanghun Chung, que expande y aclara el tejido cerebral para aumentar la magnificación y permitir una visualización superresolutiva de las sinapsis formadas con células excitatorias.
Los resultados mostraron un aumento dramático en la aparición de botones SST y formación sináptica cuando se abrieron los ojos y comenzó el período crítico. A diferencia de otras neuronas excitatorias que maduran secuencialmente desde las capas más profundas hacia las superficiales, los botones SST abarcaron todas las capas simultáneamente, sugiriendo que buscaban establecer su influencia inhibitoria independientemente del estado madurativo de sus socios neuronales.
Implicaciones para Futuras Investigaciones
A pesar de los cambios experimentados por otros tipos celulares debido a variaciones en experiencias visuales —como ocurre con las neuronas parvalbumina— las neuronas SST mostraron una trayectoria constante e independiente ante diferentes períodos oscuros. Esto indica que su desarrollo podría estar regido por un programa genético o señales moleculares relacionadas con la edad más que por experiencias externas.
Después del frenético proceso inicial de formación sináptica durante el desarrollo, muchas sinapsis son eliminadas para conservar solo aquellas necesarias para respuestas sensoriales adecuadas. Sin embargo, los botones y sinapsis SST permanecieron intactos durante este proceso; aunque su ritmo disminuyó durante el pico del período crítico, nunca se redujo su número neto e incluso continuó aumentando hasta alcanzar la adultez.
Nedivi concluye: “Mientras muchos piensan que la única diferencia entre inhibición y excitación es su valencia, esto demuestra que la inhibición opera bajo un conjunto completamente diferente de reglas”. La investigación abre nuevas vías no solo para entender mejor cómo se desarrolla típicamente el cerebro humano sino también para realizar comparaciones entre modelos murinos afectados por trastornos neurodesarrollacionales como el autismo o epilepsia.
Boivin, quien pronto abrirá su propio laboratorio como miembro docente en Amherst College, expresa su entusiasmo por aplicar estos hallazgos a nuevas investigaciones enfocadas en regiones cerebrales límbicas relacionadas con comportamientos relevantes para la salud mental adolescente.
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