Resumen: Los astrocitos juegan un papel crucial en el aprendizaje espacial, según descubrieron los investigadores.
Fuente: Universidad de Bonn
Hay dos tipos de células fundamentalmente diferentes en el cerebro, las neuronas y las células gliales. Estos últimos, por ejemplo, aíslan el “cableado” de las células nerviosas o les garantizan condiciones óptimas de trabajo.
Un nuevo estudio dirigido por la Universidad de Bonn ha descubierto ahora otra función en los roedores: los resultados sugieren que cierto tipo de célula glial juega un papel importante en el aprendizaje espacial. El Centro Alemán de Enfermedades Neurodegenerativas (DZNE) participó en el trabajo.
Los resultados ya se han publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza.
Cada lugar tiene numerosas características que lo distinguen y lo hacen inconfundible en su conjunto. Un árbol nudoso. Un arroyo balbuceante a su pie. Flores silvestres fragantes en el prado detrás. Cuando visitamos un lugar por primera vez, almacenamos esta combinación de características. Cuando nos encontramos con la interacción del árbol, el arroyo y el prado de flores silvestres en otra ocasión, nuestro cerebro lo reconoce: recordamos haber estado allí antes.
Esto es posible gracias a mecanismos como la denominada integración dendrítica de la actividad sináptica.
“Pudimos demostrar que las llamadas células astrogliales o astrocitos juegan un papel esencial en esta integración”, explica el Prof. Dr. Christian Henneberger del Instituto de Neurociencia Celular del Hospital Universitario de Bonn.
“Regulan la sensibilidad de las neuronas a una combinación específica de características”.
Un millón de células de lugar en el cerebro de un ratón
En su estudio, los investigadores observaron de cerca las neuronas en el hipocampo de los roedores. El hipocampo es una región del cerebro que juega un papel central en los procesos de memoria.
Esto es especialmente cierto para la memoria espacial: «En el hipocampo, hay neuronas que se especializan precisamente en eso: colocar células», dice Henneberger, quien también es miembro del Centro de Investigación Colaborativo 1089, donde se basó el proyecto de investigación, y el Área de Investigación Transdisciplinar “Life & Health” de la Universidad de Bonn.
Hay alrededor de un millón de estas células de lugar solo en el hipocampo del ratón. Cada uno responde a una combinación específica de características ambientales.
Las células de lugar tienen largas extensiones, las dendritas. Estos están ramificados como la copa de un árbol y salpicados de numerosos puntos de contacto. La información que nos transmiten nuestros sentidos sobre un lugar llega aquí. Estos contactos se llaman sinapsis.
“Cuando las señales llegan a muchas sinapsis vecinas al mismo tiempo, se produce un fuerte pulso de voltaje en la dendrita, lo que se conoce como pico dendrítico”, explica la Dra. Kirsten Bohmbach, quien realizó la mayoría de los experimentos del estudio.
“Este proceso es lo que llamamos integración dendrítica: el pico solo ocurre cuando una cantidad suficiente de sinapsis están activas al mismo tiempo. Tales picos viajan hacia el cuerpo celular, donde pueden desencadenar otro pulso de voltaje: un potencial de acción”.
Poner celdas en modo de atención
Las células de lugar generan potenciales de acción a intervalos regulares. La velocidad a la que hacen esto puede variar ampliamente. Sin embargo, cuando los ratones se orientan en un nuevo entorno, las células de su lugar siempre oscilan a un ritmo especial: luego generan de cinco a diez pulsos de voltaje por segundo.
Este ritmo hace que las células nerviosas liberen ciertas sustancias mensajeras. Y aquí es donde entran los astrocitos: tienen sensores a los que se acoplan estas sustancias mensajeras y, a su vez, liberan una sustancia llamada D-serina.
«La D-serina luego migra a las dendritas de las células del lugar», explica Bohmbach. “Allí, asegura que los picos dendríticos puedan desarrollarse más fácilmente y también sean mucho más fuertes”.
Cuando los ratones están en modo de orientación, les resulta más fácil almacenar y reconocer nuevas ubicaciones. Es similar a un taxista que se concentra en navegar por el centro de la ciudad y memorizar lugares cambiantes. El pasajero junto al conductor también está mirando la carretera, pero sus pensamientos están en otra parte y se da cuenta menos (sin embargo, también hay procesos muy diferentes involucrados en este fenómeno de atención).
“Si inhibimos la asistencia proporcionada por los astrocitos en ratones, es menos probable que reconozcan lugares familiares”, dice Henneberger. Sin embargo, esto no se aplica a lugares que son particularmente relevantes, por ejemplo, porque representan un peligro potencial: los animales continúan evitando estos lugares.
«Por lo tanto, el mecanismo que descubrimos controla el umbral en el que se almacena o reconoce la información de ubicación».
Los resultados proporcionan una nueva perspectiva sobre cómo funciona y se controla la memoria. A medio plazo, también pueden ayudar a responder a la pregunta de cómo se desarrollan ciertas formas de trastornos de la memoria.
Ver también
Los resultados de la investigación también son expresión de una fructífera cooperación intrauniversitaria: “No habrían sido posibles sin la intensa colaboración con el laboratorio del Prof. Dr. Heinz Beck en el Instituto de Epileptología Experimental y Ciencias Cognitivas y, en particular, con sus colegas, el Dr. Nicola Masala y el Dr. Thoralf Opitz”, destaca Henneberger.
Instituciones participantes y financiación:
Además de la Universidad de Bonn y el Hospital Universitario de Bonn, el Centro Alemán de Enfermedades Neurodegenerativas (DZNE) y el University College London participaron en el trabajo. El Estudio fue financiado por la Fundación Alemana de Investigación (DFG) y el programa de repatriados del estado de Renania del Norte-Westfalia.
Sobre esta noticia de investigación sobre el aprendizaje y la memoria
Autor: johannes seiler
Fuente: Universidad de Bonn
Contacto: Johannes Seiler – Universidad de Bonn
Imagen: La imagen se atribuye a la Dra. Kirsten Bohmbach/University Hospital Bonn
Investigacion original: Acceso abierto.
«Un bucle de señalización astrocítica para el control dependiente de la frecuencia de la integración dendrítica y el aprendizaje espacial» por Christian Henneberger et al. Comunicaciones de la naturaleza
Resumen
Un bucle de señalización astrocítica para el control dependiente de la frecuencia de la integración dendrítica y el aprendizaje espacial
Las dendritas de las células piramidales CA1 del hipocampo amplifican la entrada glutamatérgica agrupada mediante la activación de los canales de sodio dependientes de voltaje y los receptores de N-metil-D-aspartato (NMDAR). La actividad de NMDAR depende de la presencia de coagonistas de NMDAR como D-serina, pero no se comprende bien cómo los coagonistas influyen en la integración dendrítica.
Usando combinaciones de abrazadera de parche de células enteras, aplicación de glutamato iontoforético, microscopía de fluorescencia de excitación de dos fotones y liberación de glutamato en cortes agudos de cerebro de rata y ratón, encontramos que la D-serina exógena redujo el umbral de los picos dendríticos y aumentó su amplitud.
La activación de un mecanismo astrocítico que controla el suministro endógeno de D-serina a través de los receptores endocannabinoides (CBR) también aumentó el aumento de las dendritas. Inesperadamente, esta vía fue activada por la actividad de las células piramidales principalmente en el rango theta, que requería canales HCN y CB1R astrocíticos.
Por lo tanto, los astrocitos cierran un bucle de retroalimentación positivo y dependiente de la frecuencia entre la actividad de las células piramidales y su integración de la entrada dendrítica. Su interrupción en ratones condujo a un deterioro de la memoria espacial, lo que demostró su relevancia en el comportamiento.