Los científicos han identificado recientemente una forma única de mensajería celular que ocurre en el cerebro humano que no se había visto antes.
Emocionantemente, el descubrimiento insinúa que nuestros cerebros podrían ser unidades de computación aún más poderosas de lo que creíamos.
En 2020, investigadores de institutos en Alemania y Grecia informaron sobre un mecanismo en las células corticales externas del cerebro que produce una nueva señal “graduada” por sí sola, que podría proporcionar a las neuronas individuales otra forma de llevar a cabo sus funciones lógicas.
Al medir la actividad eléctrica en secciones de tejido extraídas durante la cirugía en pacientes epilépticos y analizar su estructura usando microscopía fluorescente, los neurólogos encontraron que las células individuales en la corteza usaban no solo los iones de sodio habituales para ‘disparar’, sino también calcio.
Esta combinación de iones cargados positivamente provocó ondas de voltaje que nunca antes se habían visto, conocidas como potenciales de acción dendríticos mediados por calcio o dCaAP.
Los cerebros, especialmente los de la variedad humana, a menudo se comparan con las computadoras. La analogía tiene sus límites , pero en algunos niveles realizan tareas de manera similar.
Ambos utilizan la potencia de una tensión eléctrica para realizar diversas operaciones. En las computadoras, tiene la forma de un flujo bastante simple de electrones a través de intersecciones llamadas transistores.
En las neuronas, la señal tiene la forma de una onda de apertura y cierre de canales que intercambian partículas cargadas como sodio, cloruro y potasio. Este pulso de iones que fluyen se llama potencial de acción .
En lugar de transistores, las neuronas manejan estos mensajes químicamente al final de ramas llamadas dendritas.
El neurocientífico de la Universidad de Humboldt, Matthew Larkum dijo:
“Las dendritas son fundamentales para comprender el cerebro porque son el núcleo de lo que determina el poder computacional de las neuronas individuales”.
Las dendritas son los semáforos de nuestro sistema nervioso. Si un potencial de acción es lo suficientemente significativo, puede transmitirse a otros nervios, que pueden bloquear o transmitir el mensaje.
Estos son los fundamentos lógicos de nuestro cerebro: ondas de voltaje que se pueden comunicar colectivamente de dos formas: ya sea un mensaje AND (si se activan x e y, el mensaje se transmite); o un mensaje OR (si se activa x o y, el mensaje se transmite).
Podría decirse que en ninguna parte es esto más complejo que en la sección exterior densa y arrugada del sistema nervioso central humano; la corteza cerebral Las capas segunda y tercera más profundas son especialmente gruesas y están repletas de ramas que llevan a cabo funciones de orden superior que asociamos con la sensación, el pensamiento y el control motor.
Fueron los tejidos de estas capas los que los investigadores observaron de cerca, conectando las células a un dispositivo llamado abrazadera de parche somatodendrítico para enviar potenciales activos arriba y abajo de cada neurona, registrando sus señales. Larkum dijo:
“Hubo un momento ‘eureka’ cuando vimos los potenciales de acción dendríticos por primera vez”.
Para asegurarse de que los descubrimientos no fueran exclusivos de las personas con epilepsia, verificaron dos veces sus resultados en un puñado de muestras tomadas de tumores cerebrales.
Si bien el equipo había llevado a cabo experimentos similares en ratas, los tipos de señales que observaron zumbando a través de las células humanas fueron muy diferentes.
Más importante aún, cuando dosificaron las células con un bloqueador de los canales de sodio llamado tetrodotoxina, aún encontraron una señal. Solo al bloquear el calcio todo se calmó.
Encontrar un potencial de acción mediado por calcio es bastante interesante. Pero modelar la forma en que este nuevo tipo de señal sensible funcionaba en la corteza reveló una sorpresa.
Además de las funciones lógicas de tipo AND y OR , estas neuronas individuales podrían actuar como intersecciones OR ( XOR ) ‘exclusivas’ , que solo permiten una señal cuando otra señal se califica de una manera particular. Los investigadores escribieron:
“Tradicionalmente, se ha pensado que la operación XOR requiere una solución de red”.
Se necesita más trabajo para ver cómo se comportan los dCaAP en neuronas enteras y en un sistema vivo. Sin mencionar si es una cosa humana, o si mecanismos similares han evolucionado en otras partes del reino animal.
La tecnología también busca inspiración en nuestro propio sistema nervioso para desarrollar un mejor hardware; saber que nuestras propias células individuales tienen algunos trucos más bajo la manga podría conducir a nuevas formas de conectar transistores en red.
Exactamente cómo esta nueva herramienta lógica comprimida en una sola célula nerviosa se traduce en funciones superiores es una pregunta que los futuros investigadores deben responder.
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