Clasifican las neuronas mediante el estudio de los latidos cardíacos

El cerebro se sacude cuando late el corazón, y ahora, los investigadores han encontrado una manera de usar ese movimiento para estudiar mejor las diferencias entre los tipos de neuronas, según un estudio que publica este martes la revista 'Cell Reports'.

Los investigadores han descubierto que al analizar los cambios en las formas de onda que registran de las neuronas durante un latido, pueden clasificar con mayor precisión los diferentes tipos de neuronas en el cerebro humano.

Dicen que este trabajo podría ayudarnos a comprender mejor cómo interactúan entre sí los diferentes tipos de células que existen en el cerebro para producir cognición y comportamiento.

"Estábamos registrando neuronas del cerebro de pacientes humanos implantados con electrodos para procedimientos neuroquirúrgicos, y alineamos la actividad neuronal al latido del corazón y vimos que muchas neuronas cambiaban su patrón de disparo cada vez que el corazón late --explica Clayton Mosher, del Centro Médico Cedars-Sinai, primer autor conjunto del estudio con Yina Wei, del Instituto Allen--. Pensamos: 'Está bien. Esto es sorprendente'".

Pero a medida que el equipo se acercaba más, se dieron cuenta de que las neuronas no estaban disparando en un patrón diferente pero el cerebro se sacudía. Por cada latido del corazón, el cerebro pulsa, y las neuronas cambian su lugar ligeramente dentro del cráneo.

Los científicos estiman que las neuronas cambian aproximadamente tres micrómetros, que es menor que el ancho de un cabello, durante un latido cardíaco. La aparición de una diferencia en la activación neuronal fue creada por este movimiento.

"Partimos de algo que muchas personas vieron como resultado del movimiento cerebral en lugar de la actividad neuronal. Lo consideran ruido y una limitación para su experimento", explica Costas Anastassiou, del Instituto Allen, autor principal del estudio junto con Ueli Rutishauser, del Centro Médico Cedars-Sinai.

"Lo que pudimos mostrar es que si se usa de manera inteligente, este movimiento natural del cerebro puede decirnos mucho más sobre la identidad de las células de las que estamos grabando --añade--. Esto se debe a que mide la actividad de las mismas neurona de diferentes ubicaciones en el cerebro proporciona información adicional sobre la neurona".

Convencionalmente, los científicos clasifican las neuronas en función de su forma de onda, un patrón característico de actividad eléctrica que cada neurona emite cada vez que se activa, es decir, cuando "se dispara".

La forma de onda de cada neurona es diferente. Al examinar el ancho de la forma de onda, los científicos pueden clasificar de manera confiable las neuronas en dos tipos: aquellas con formas de onda estrechas y aquellas con formas de onda anchas.

Ahora, el pequeño movimiento cerebral causado por los latidos del corazón permite a los científicos medir la forma de la onda con mayor precisión. A medida que cambia la distancia entre una neurona y el electrodo, también cambia la forma de onda medida.

Al medir estos cambios, el equipo demostró que pueden diferenciar entre tres clases diferentes de neuronas en el hipocampo humano: punta estrecha (NS), punta ancha uno (BS1) y punta ancha dos (BS2). Y cada clase tiene diferentes propiedades de disparo: los investigadores descubrieron que las neuronas BS1 coordinan su actividad con las ondas gamma, mientras que las neuronas BS2 coordinan su actividad con las ondas theta.

"Las ondas gamma y theta son patrones de actividad en el cerebro que son muy relevantes para la cognición. Sabemos, por ejemplo, que la memoria y el aprendizaje están estrechamente relacionados con las oscilaciones theta. Sabemos que la atención está estrechamente relacionada con las oscilaciones gamma", dice Anastassiou.

"Al final, para comprender cómo funciona el cerebro necesitamos entender qué tipos diferentes de células existen en el cerebro y cómo estas clases celulares interactúan entre sí para producir cognición y comportamiento --continúa--. Uno debe ser capaz de cruzar las escalas para decir cómo el mundo microscópico da lugar a este fenómeno conductual que ocurre en el mundo macroscópico. Nuestro trabajo revela, por primera vez, cómo lograr ese puente entre escalas para el cerebro humano".

Uno de los desafíos en neurociencia es que a menudo hay una diferencia entre cómo se comportan las neuronas en los seres humanos vivos y cómo se comportan cuando se investigan de forma aislada en un corte cerebral.

Mediante grabaciones de tejido cerebral humano, los investigadores pudieron construir modelos unicelulares que simulan las características biofísicas y la morfología de las neuronas reales. El modelo une las grabaciones de corte de cerebro in vivo y ex vivo del cerebro para que sirva como una herramienta novedosa para clasificar las neuronas.

Los modelos computacionales de las neuronas humanas se pueden utilizar para comprender mejor las señales que registramos de seres humanos vivos implantados con electrodos.

"En última instancia, lo que queremos entender es, en primer lugar, cómo los diferentes tipos de neuronas en el cerebro humano contribuyen a la cognición y el comportamiento --explica Mosher--. El segundo objetivo es investigar cómo los latidos del corazón y la respiración, a su vez, influyen en el comportamiento o la cognición".