Cartografía de los circuitos cerebrales para funciones específicas

http://www.kurzweilai.net 19/10/2012

 Un equipo liderado por los neurocientíficos del MIT ha desarrollado una manera de controlar cómo las células cerebrales se coordinen entre sí para controlar los comportamientos específicos, como iniciar el movimiento o la detección de un olor.
La técnica de los investigadores está basado en la detección de iones de calcio en las neuronas, los cuáles podrían ayudar a asignar los circuitos del cerebro que desempeñan tales funciones.
También podría proporcionar nuevos conocimientos sobre los orígenes de las enfermedades psiquiátricas, dice Guoping Feng, autor principal de un artículo que aparece en la edición 18 de octubre de la revista Neuron.
"Para entender los trastornos psiquiátricos tenemos que estudiar los modelos animales, y para saber lo que pasa en el cerebro cuando el animal se comporta de manera anormal", dice Feng, W. James y Patricia Poitras catedrático de Neurociencia y miembro del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro en el MIT. "Esta es una herramienta muy potente que realmente nos ayudará a entender los modelos animales de estas enfermedades y estudiar cómo el cerebro funciona normalmente y en un estado de enfermedad."
(Autor principal del artículo es Neurona Instituto McGovern postdoc Qian Chen)
La realización de cualquier tipo de función cerebral requiere muchas neuronas en diferentes partes del cerebro para comunicarse entre sí. Ellos lograr esta comunicación mediante el envío de señales eléctricas, provocando un flujo de iones de calcio en las células activas. Usando colorantes que se unen al calcio, los investigadores ya han fotografiado la actividad neuronal en neuronas.
Orientación de tipos celulares específicos
Sin embargo, el cerebro contiene miles de tipos de células, cada una con distintas funciones, y el colorante se recoge  por todas las células, por lo que es imposible determinar calcio en determinados tipos de células con este enfoque.
Para superar esto, el equipo del MIT-LED creado un sistema de formación de imágenes de calcio que pueden ser dirigidos a tipos específicos de células, utilizando un tipo de proteína verde fluorescente (GFP). Junichi Nakai de la Universidad Saitama en Japón desarrolló por primera vez una GFP que se activa cuando se une al calcio, y uno de los autores de papel neurona, Loren Looger del Howard Hughes Medical Institute, modificada por la proteína por lo que su señal es lo suficientemente fuerte como para utilizar en vida animales.
Los investigadores del MIT usaron genéticamente ratones para analizar esta proteína en un tipo de neurona conocidas como células piramidales, por la vinculación del gen con una secuencia de ADN reguladora que es activa sólo en aquellos tipos específicos de células. El uso de dos fotones microscopicos para la imagen de las células a alta velocidad y alta resolución, los investigadores pueden identificar las células piramidales que están activos cuando el cerebro está realizando una tarea específica o responder a un estímulo determinado.
En este estudio, el equipo fue capaz de identificar las células en la corteza somatosensorial que se activan cuando los bigotes de un ratón se tocan, y las células olfativas que responden a ciertos aromas.
Los investigadores ahora están desarrollando ratones que expresan las proteínas sensibles al calcio y también muestran síntomas de comportamiento autista y trastorno obsesivo-compulsivo. El uso de estos ratones, los investigadores planean buscar los patrones de disparo de las neuronas que se diferencian de las de los ratones normales. Esto podría ayudar a identificar exactamente lo que va mal en el nivel celular, ofreciendo puntos de vista mecanicistas en esas enfermedades.
"En este momento, sólo se sabe que los defectos en neurona-neurona comunicación juegan un papel clave en los trastornos psiquiátricos. No sabemos la naturaleza exacta de los defectos y los tipos celulares específicos involucrados ", dice Feng. "Si supiéramos qué tipos de células son anormales, podríamos encontrar formas de corregir los patrones anormales de activación".
Los investigadores también planean combinar su tecnología de imagen con optogenética, lo que les permite utilizar la luz para convertir tipos específicos de neuronas dentro o fuera. Mediante la activación de células específicas y observando luego la respuesta en las células diana, que será capaz de asignar precisamente circuitos cerebrales.