Un equipo liderado por neurocientíficos del MIT ha desarrollado una manera de monitorear cómo las células cerebrales se coordinan entre sí para controlar comportamientos específicos, como iniciar el movimiento o la detección de un olor.

La nueva técnica de imágenes, basada en la detección de iones de calcio en las neuronas, podría ayudar a mapear los circuitos del cerebro que desempeñan tales funciones. También podría proporcionar nuevos conocimientos sobre los orígenes del autismo, el trastorno obsesivo-compulsivo y otras enfermedades psiquiátricas, dice Guoping Feng, autor principal de un artículo que aparece en la edición  de octubre de la revista Neuron.

“Para entender los trastornos psiquiátricos, tenemos que estudiar modelos animales para saber lo que pasa en el cerebro cuando el animal se comporta de manera anormal”, dice Feng, y Patricia Poitras catedrática en Neurociencias 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.”
El autor principal del artículo es Qian Chen del Instituto McGovern.

La realización de cualquier tipo de función cerebral requiere muchas neuronas en diferentes partes del cerebro para comunicarse entre sí. Ellas logran esta comunicación mediante el envío de señales eléctricas, provocando un flujo de iones de calcio en las células activas. Empleando colorantes que se unen al calcio, los investigadores han captado la actividad neuronal en las neuronas. Sin embargo, el cerebro contiene miles de tipos de células, cada una con distintas funciones, y el colorante es captado no selectivamente por todas las células, por lo que es imposible con este enfoque determinar el calcio en determinados tipos de células.

Para superar esto, el equipo del MIT creó un sistema de imágenes del calcio que pueden ser dirigidas 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 artículo de Neuron, Loren Looger del Howard Hughes Medical Institute, modificó la proteína haciendo que su señal fuera lo suficientemente fuerte como para utilizar en animales vivos.

Los investigadores del MIT lograron por ingeniería genética que los ratones expresaran esta proteína en un tipo de neurona conocidas como células piramidales, por la vinculación del gen con una secuencia reguladora de ADN que es activa solamente en esas células. Empleando microscopia de dos fotones para visualizar las células a alta velocidad y alta resolución, los investigadores pueden identificar las células piramidales que están activas cuando el cerebro está realizando una tarea específica o respondiendo a un estímulo determinado.

En este estudio, el equipo fue capaz de identificar las células en la corteza somatosensorial que se activan cuando las barbas de un ratón se tocan, y las células olfatorias que responden a ciertos aromas.

Los investigadores ahora están desarrollando ratones que expresan las proteínas sensibles al calcio y que también muestran síntomas de comportamiento autista y trastorno obsesivo-compulsivo. Con el empleo 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 a nivel celular.

“En este momento, solo se sabe que los defectos de comunicación neurona-neurona 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 permitiría apagar o encender tipos específicos de neuronas. Mediante la activación de células específicas y observando luego la respuesta en las células diana, ellos serán capaces de mapear con precisión los circuitos cerebrales.
octubre 28/2012 (Eurekalert)

Qian Chen, Joseph Cichon, Wenting Wang, Li Qiu, Seok-Jin R. Lee, Nolan R. Campbell, et. al. Imaging Neural Activity Using Thy1-GCaMP Transgenic Mice. Neuron 2012 76(2) pp. 297 – 308.

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