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Las neuronas estrelladas adquieren su forma definitiva en dos fases y para adquirir su forma necesitan que haya una percepción sensorial adecuada, tal y como ha demostrado el grupo de Víctor Borrell, del Instituto de Neurociencias de la Universidad Miguel Hernández, en Alicante, el estudio se publica en Journal of Neuroscience (DOI:10.1523 /jneurosci.5222-10.2011) y suponen un avance en la comprensión de los mecanismos implicados en el desarrollo de la corteza cerebral.
La corteza cerebral es la región más compleja del cerebro de los mamíferos y más desarrollada en el de los seres humanos, ya que permite procesar, integrar y combinar toda la información recibida a través de los sentidos con recuerdos y sensaciones anteriores, dando lugar a nuestra particular percepción del mundo que nos rodea.
Contiene un repertorio único de tipos de neuronas, que se distinguen por una forma característica definida por la extensión y arborización de sus dendritas: la mayor parte de las neuronas excitadoras tienen una dendrita apical larga y que predomina sobre varias dendritas basales más cortas, dando a estas neuronas un aspecto piramidal.
Sin embargo, en la capa 4 predomina un tipo de neurona con una dendrita apical corta similar a las dendritas basales, lo que les otorga un aspecto característico de asterisco o estrella. Un trabajo de Víctor Borrell, investigador del Instituto de Neurociencias, centro mixto de la Universidad Miguel Hernández de Elche y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas, ha analizado el mecanismo celular que controla el desarrollo y la diferenciación de esas neuronas, muestra que el desarrollo se produce en dos fases, y, por primera vez, la participación activa de la experiencia sensorial en este proceso.
Diversos estudios habían demostrado que durante el desarrollo de la corteza cerebral las neuronas piramidales sufren un notable crecimiento y arborización de todas sus dendritas, lo que finalmente acaba dando lugar a su forma típica en el cerebro adulto.
También se ha propuesto que el tamaño y la forma finales de estas neuronas piramidales son fruto de la combinación de factores genéticos intrínsecos e influencias ambientales locales, incluyendo su propia actividad eléctrica. Sin embargo, los mecanismos encargados de dirigir el desarrollo de las dendritas hacia una forma estrellada, como ocurre con las neuronas de la capa 4 de la corteza cerebral, y los factores que influyen sobre este proceso eran enteramente desconocidos hasta ahora.
Para analizar los mecanismos de desarrollo de las dendritas y alcanzar una conclusión, Callaway y Borrell utilizaron cultivo de rodajas de tejido cerebral vivo combinado con la transgénesis de neuronas individuales, mediante la tecnología gene gun o pistola de genes.
\»Esta estrategia experimental nos permitió poner de relieve la morfología detallada de un gran número de neuronas de la corteza cerebral en el cerebro de animales en distintos estadios de desarrollo\».
Mediante la reconstrucción sistemática de la morfología dendrítica de neuronas de capa 4 en animales de distintos estadios de desarrollo, también se consiguió identificar aquellos cambios que se producen a medida que progresa el desarrollo cerebral.
Según Borrell, para la mayoría de neuronas de la corteza cerebral el proceso de desarrollo es relativamente sencillo: crecer y aumentar en complejidad. Sin embargo, según ha confirmado el estudio, en el caso de las neuronas estrelladas el proceso es distinto y consta de dos fases completamente contrapuestas. En una primera fase aumenta en tamaño y complejidad y adquieren una morfología similar a las típicas neuronas piramidales.
En la segunda entran en un proceso de regresión, por el que sufren una reducción del tamaño y de la complejidad de su dendrita principal (dendrita apical) y alcanzan la típica forma estrellada. \»Este desarrollo únicamente había sido observado en una pequeña población muy particular de neuronas de la corteza, pero nuestro estudio demuestra que lo mismo sucede en la mayoría de neuronas de la capa 4\».
Una vez comprendido el proceso, los investigadores iniciaron la búsqueda de los factores que lo regulan y descubrieron que la actividad sensorial parece tener importancia. Se centraron en el sistema visual y, mediante enucleación ocular bilateral, decidieron eliminar toda inervación de la retina sobre el cerebro en estadios tempranos.\»A partir de ese punto, seguimos el mismo diseño que en la fase anterior, lo que les permitió comparar el proceso de desarrollo dendrítico entre animales control y enucleados\».
De esta forma, comprobaron que en situaciones de privación visual, donde la corteza cerebral no recibe impulsos eléctricos procedentes de la retina, las neuronas de la capa 4 sólo completaban con éxito la primera fase de su desarrollo.
Sin embargo, llegado el momento de empezar la segunda fase de desarrollo, la mayoría de neuronas eran incapaces de hacer ese cambio y permanecían en fase de crecimiento, conservando la forma piramidal. Por lo tanto, la percepción sensorial, y en este caso la visual, desempeña un papel fundamental en el proceso de desarrollo del cerebro, ya que determina la forma que tendrán muchas de las neuronas de la corteza cerebral.
\»Los resultados del estudio sugieren que la pérdida o ausencia de conexiones entre la retina y el cerebro, como ocurre en determinadas situaciones patológicas, pueda repercutir en la formación de circuitos neuronales inapropiados o inespecíficos. En tal caso, el procesamiento normal de la información entre neuronas se vería afectado\».
Para empezar a desentrañar estas hipótesis, el siguiente paso será \»realizar estudios electrofisiológicos para comprender cómo afectan los cambios de forma de las neuronas de capa 4 en su comunicación con el resto de neuronas de la corteza cerebral y cómo influyen en la información neuronal emergente\».
Mayo/2011 (Diario Médico)
Nota: Los lectores del dominio *sld.cu acceden al texto completo a través de Hinari.
Edward M. Callaway, Víctor Borrell. Developmental Sculpting of Dendritic Morphology of Layer 4 Neurons in Visual Cortex: Influence of Retinal Input. Publicado en J Neurosci. 2011 May 18;31(20):7456-70.
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