El cerebro humano late cada vez que late el corazón. Los científicos han utilizado ese pequeño movimiento para revelar nuevos conocimientos sobre nuestras neuronas.
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| Imagen: Con cada latido, nuestros corazones agitan ligeramente a nuestros cerebros. Un nuevo estudio utilizó ese fenómeno para obtener un mayor conocimiento sobre el cerebro humano. |
El neurocientífico Ueli Rutishauser, pensó que había descubierto un
extraño fenómeno sobre el cerebro humano, todavía no estudiado en profundidad.
Estaba tratando de analizar cómo el cerebro escucha al corazón, no en el
sentido figurado de seguir su corazón, sino identificando las misteriosas
neuronas en el cerebro que literalmente rastrean y regulan los latidos del
corazón.
Rutishauser y sus colegas del Centro Médico Cedars-Sinai en Los Ángeles
tenían datos valiosos para tratar de resolver ese misterio: grabaciones
eléctricas tomadas del interior del cerebro humano vivo, específicamente del
hipocampo, una estructura profunda dentro del cerebro que es importante para la
memoria. Estos datos son raros, se registraron de personas que se sometieron a
ciertos tipos de cirugía cerebral o que tuvieron implantes cerebrales a corto
plazo antes de la cirugía de epilepsia y que aceptaron participar en los
estudios de investigación.
Cuando los científicos observaron por primera vez las grabaciones y las
alinearon con los latidos del corazón de los pacientes, los datos obtenidos
fueron sorprendentes. La actividad eléctrica de todas y cada una de las
neuronas parecía moverse en sincronía con los latidos del corazón, casi en su
totalidad.
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| Imagen: Un esquema de Clayton Mosher, becario postdoctoral de Cedars-Sinai, ilustra el estudio del equipo de grabaciones eléctricas de los cerebros de pacientes quirúrgicos. |
Los científicos pronto se dieron cuenta de que el latido del corazón no
afectaba a las neuronas, sino a los diminutos cables que habían colocado en el
cerebro de los pacientes. El cerebro de las personas pulsa levemente a medida
que late el corazón, lo que, en estos experimentos, provocó una pequeña
sacudida en el electrodo que hizo que los picos eléctricos de las neuronas
parecieran estar sufriendo cambios de
ritmo.
El efecto de los latidos en los
electrodos permitió a los científicos clasificar las neuronas del cerebro de
los pacientes en tres tipos diferentes en función de sus firmas eléctricas. Los
equipos de investigación de Cedars-Sinai y Allen Institute publicaron un
estudio que describe sus hallazgos en la revista científica Cell Reports.
El trabajo computacional del investigador Anastassiou es parte de un programa más amplio
en el Instituto Allen, donde los investigadores obtienen datos detallados sobre
la "lista de partes" del cerebro a partir de tejido post mortem o de
partes de cerebro vivo donadas por pacientes sometidos a cirugía por tumores
cerebrales o epilepsia. Usan información como los genes que activan las
neuronas, su actividad eléctrica única y sus formas 3D para clasificar estas
células en diferentes categorías o tipos de células.
Hay mucho que se puede aprender
sobre los componentes básicos de nuestro cerebro observando muestras de tejido
en el laboratorio, pero hay una brecha entre ese trabajo y la comprensión de
cómo los diferentes tipos de neuronas producen pensamientos y sentimientos.
¿Qué significan todos estos diferentes tipos de células? ¿Cómo se junta
todo?
Cuando Rutishauser describió lo que habían visto con los latidos del
corazón, Anastassiou se dio cuenta de que esta podría ser una oportunidad para
unir estos dos mundos: un equipo tenía datos detallados sobre los tipos de
células del cerebro humano, pero no información sobre lo que esos tipos hacen
en una persona. El otro equipo tenía grabaciones de cerebros humanos vivos,
pero no había forma de saber qué tipos de neuronas estaban interaccionando.
Los investigadores establecieron una colaboración y pronto se dieron
cuenta de que había diferencias sutiles en cómo cambiaban las firmas eléctricas
de las diferentes neuronas cuando el electrodo vibraba con los latidos del
corazón. Anastassiou y sus colegas construyeron un conjunto de simulaciones
computacionales de neuronas humanas basadas en los datos de tipos de células
humanas del Instituto Allen y estimularon a esas neuronas virtuales. Utilizaron
el aprendizaje automático para emparejar esas señales virtuales con las reales,
lo que resultó en tres tipos diferentes de células según sus registros
eléctricos.
Vincular los descubrimientos del cerebro con los tipos de células
Los investigadores ya han descubierto cómo funcionan estas clases de
neuronas en el cerebro intacto: uno de estos tres tipos se sincroniza con las
ondas cerebrales theta de los pacientes, una onda cerebral lenta asociada con
el aprendizaje y la plasticidad en el cerebro despierto.
Los equipos de investigación están trabajando para definir más tipos de
neuronas humanas utilizando este método, y también planean estudiar cómo se
encienden o apagan los diferentes tipos de neuronas a medida que los pacientes que
colaboran con la investigación realizan ciertas tareas, como mirar fotos de
miembros de la familia o recordar imágenes.
Y una vez que pueden vincular tipos de células específicas con recuerdos,
reacciones o emociones, se abre la puerta a posibles terapias para enfermedades
y trastornos.
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