Neurociencia

Neuronas

Neuronas

Las neuronas son el elemento clave de estudio de la neurociencia.

A finales del siglo XIX, Santiago Ramón y Cajal situó por primera vez las neuronas como elementos individuales del sistema nervioso: propuso que actuaban como unidades que se intercomunicaban estableciendo una especie de red de conexiones.

La neurona es la unidad estructural y funcional del sistema nervioso. Estas células reciben los estímulos del entorno, los convierten en impulsos nerviosos y los transmiten a otra neurona o a una célula muscular que producirá una respuesta. Gracias a la investigación en neurociencia conocemos perfectamente su morfología, sabemos que tienen núcleo, dendritas y un axón y cómo se comunican entre ellas.

También sabemos cómo se transmiten los impulsos nerviosos de una neurona a la siguiente y que hay algunas que están especializadas en el sistema visual y otras en el auditivo, algunas que se encargan de ayudarnos a recordar y otras a reconocer caras. Aunque también hemos aprendido que no hay áreas anatómicas concretas para todos estos sistemas, sino redes neuronales que se refuerzan a cada nueva conexión.

Gracias a las nuevas tecnologías de imagen, uno de los proyectos actuales con mayor repercusión en el aumento del conocimiento de las conexiones neuronales es el Conectoma humano. El conectoma es un mapa que modela el cerebro y su actividad como una red conectada, dibujando todas las conexiones cerebrales, pudiendo mostrar:

  • Las conexiones entre cada neurona y sinapsis de forma individual,
  • Las conexiones entre los axones (poblaciones de células)
  • La actividad de las regiones cerebrales.  Actualmente, el equipo de nuestro experto Alex Fornito trabaja en esta escala en seres humanos.

El desarrollo del conectoma asegura un mayor conocimiento sobre el funcionamiento del cerebro y conexiones neuronales, facilitando el mayor conocimiento de nuestra actividad cerebral, pudiendo detectar y tratar mejor las posibles disfunciones (enfermedades) y mejorar su eficiencia y rendimiento.

Patrones de conexión

El estudio de las conexiones neuronales nos permite conocer mejor cómo se comunican o qué patrones de conexión existen entre las distintas partes del cerebro y observar, por ejemplo, qué circuitos cerebrales actúan en qué funcionalidad o cuales circuitos se ven afectados en personas con enfermedades.

Proyectos como Blue Brain trabajan en el modelado de integral de estas conexiones con el objetivo de descifrar y estudiar en detalle las estructuras cerebrales, integrando miles de datos para reconstruir digitalmente los circuitos neuronales y las estructuras cerebrales. Están desarrollando un mapa digital que recrea de la forma más precisa posible los senderos neuronales del cerebro humano y el modo en que estos se activan.
Después, les añaden las propiedades electrofisiológicas y las sinápticas para construir un modelo de los circuitos que refleje fenómenos como la oscilación lenta en las redes neuronales, una propiedad intrínseca de la corteza cerebral. Estas oscilaciones aparecen especialmente en algunas fases del sueño y consisten en oleadas de actividad neuronal  que viajan de un punto a otro de la corteza con una frecuencia de entre uno o cuatro segundos. El modelo digital que diseñan en el proyecto Blue Brain integra esta oscilación de baja frecuencia basándose únicamente en los datos. 

La mejor forma de entender estos avances es la transición de la vigilia al sueño, proceso en el que están involucrados notables cambios en la actividad cerebral y sus conexiones. En el estado de sueño, los circuitos neuronales están en hiperexcitabilidad, mientras que cuando estamos despiertos (aunque no siempre) las neuronas están en una excitabilidad normal. Aunque, según explica Sean Hill, las fases de vigilia y sueño no son totalmente binarias. Es decir, cuando duermes el cerebro no tiene por qué estar dormido del todo y cuando estás despierto, el cerebro no tiene por qué estar despierto necesariamente.


Esta observación nos ha permitido conocer que hay una diferencia drástica en la conectividad del cerebro cuando estamos dormidos y cuando estamos despiertos. Uno de los procesos que actualmente cuenta con más evidencia para explicar esto es la hipótesis de la homeostasis sináptica, que sugiere que dormir por la noche es el precio que pagamos por tener la plasticidad cerebral que utilizamos durante el día.

Conocer estos patrones de conexiones entre las neuronas, que varían según las funciones o actividades que realizan, permiten conocer los diferentes estados del cerebro, cómo se relacionan los diferentes patrones de conexión o modos de excitabilidad y anticiparnos a posibles disfunciones o enfermedades.

Neuronas de concepto

Otras de las áreas en las que trabaja la neurociencia es en conocer las neuronas, qué tipos de neuronas hay y cómo funcionan.
Te invitamos a conocer en detalle a las neuronas en Wikipedia: https://es.wikipedia.org/wiki/Neurona

Las neuronas son las células específicas del sistema nervioso, que son capaces de transmitir impulsos nerviosos o las demás células del cuerpo.  Existen varias tipologías de neuronas, dependiendo de:

  • su forma y tamaño, que pueden ser poliédricas, fusiformes, entrilladlas, esféricas o piramidales.
  • su función, como motoras (vinculadas al movimiento y coordinación muscular), sensoriales (vinculadas a la percepción de estímulos externos al cuerpo) o interneuronales (las que conectan diferentes tipos de neuronas entre sí, permitiendo redes neuronales).
  • su polaridad, es decir, del número y disposición de sus terminaciones eléctricas, pudiendo ser de varios tipos.

En la reunión del Future Trends Forum se comentaron los principales avances sobre los nuevos descubrimientos de tipos de neuronas y su comportamiento. El principal ejemplo de estos descubrimientos son las células de concepto o células Jennifer Aniston de Rodrigo Quian.

Desde hace 15 años, Rodrigo Quian, observa el comportamiento de neuronas individuales y grupos de neuronas asociadas en pacientes de epilepsia a los que se les implantan electrodos intracraneales para combatir su enfermedad. Les enseña fotografías y descubre que un grupo de neuronas responde solo ante fotografías de Jennifer Aniston; descubriendo que hay neuronas en el cerebro humano que solo responden a conceptos y que lo hacen independientemente del contexto, ya que activan ante la idea de Jennifer Aniston, no ante una fotografía específica, sino a ella en concreto. Estas neuronas han sido bautizadas como células de concepto. Se ha observado que estas células se encuentran en el hipocampo, el área del cerebro donde se concentra la memoria, y son exclusivas de los seres humanos, lo que motiva la hipótesis de que estas neuronas pueden ser la base de la inteligencia humana.

Técnicas de observación del cerebro

Todos los descubrimientos en el campo de la neurociencia están acercándonos poco a poco a comprender con más detalle el funcionamiento del cerebro a nivel celular. Esto es posible gracias al desarrollo de la tecnología, que posibilita la observación de este órgano a diferentes escalas y con diferentes técnicas. Es obvio que, cuanto más evolucionen los métodos de observación, podremos obtener información más valiosa, detallada y rigurosa.

Actualmente, existen muchas modalidades de neuroimagen, como la resonancia magnética, la magnetoencefalografía o la electroencefalografía. También existen técnicas más detalladas, como la tomografía de coherencia óptica o la estimulación transcraneal con corriente continua. En general, podemos dividirlas en técnicas de neuroimagen que estudian los rasgos estructurales y anatómicos y las modalidades de imagen que estudian los aspectos funcionales.

En la actualidad, todas las técnicas se utilizan para el diagnostico clínico y la investigación, pero las técnicas de neuroimagen también pueden ser útiles para otras muchas áreas como examinar el envejecimiento y la neurociencia de rehabilitación, entender el aprendizaje infantil e incluso aplicarse en áreas como la inteligencia artificial, la neurociencia computacional, la ciencia de materiales, la ingeniería de hardware, la ingeniería biomédica y la biotecnología.

A pesar de todo lo que se puede conseguir las técnicas actuales de neuroimagen, el desarrollo de nuevas herramientas es continuo y se enfrenta a muchos retos éticos, jurídicos y cuestiones de privacidad que deberán ir solucionando a la vez que se desarrollan las nuevas técnicas y sus aplicaciones.

https://www.fundacionbankinter.org/wp-content/uploads/2021/09/Publicacion-PDF-ES-FTF_Neurociencia.pdf

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