El cerebro, – despierto y dormido – está  bañado con actividad eléctrica, y no sólo de las señales individuales  de neuronas que se comunican entre sí. De hecho, el cerebro está  envuelto en incontables campos eléctricos solapados, generados por los  circuitos neuronales de conexión de neuronas en comunicación. Durante un  tiempo se pensó que los campos eran un “epifenómeno”, un ‘error’ de  clasificación, que tiene lugar durante la comunicación neuronal”, dice  el neurocientífico Costas Anastassiou, estudiante de posdoctorado en  biología en el Instituto Tecnológico de California (Caltech).
El nuevo trabajo de Anastassiou y sus colegas, sin embargo, sugiere que los campos hacen mucho más y pueden, de hecho, representar una forma adicional de comunicación neuronal.
El nuevo trabajo de Anastassiou y sus colegas, sin embargo, sugiere que los campos hacen mucho más y pueden, de hecho, representar una forma adicional de comunicación neuronal.
“En otras palabras”, dice Anastassiou, autor principal del artículo sobre el trabajo que aparece en la revista Nature Neuroscience,  “aunque las neuronas activas dan lugar a campos extracelulares, los  mismos campos realimentan a las neuronas y alteran su comportamiento”,  incluso aunque las neuronas no están físicamente conectadas – un  fenómeno conocido como acoplamiento efáptico. “Hasta el momento, la  comunicación neuronal se pensaba que ocurría en máquinas localizadas,  conocidas como sinapsis. Nuestro trabajo sugiere que hay un medio  adicional de comunicación neuronal a través del espacio extracelular que  es independiente de la sinapsis”.
Los campos eléctricos extracelulares  existen en todo el cerebro, aunque son particularmente fuertes y  robustos en áreas cerebrales específicas como el hipocampo, que está  implicado en la formación de la memoria, y el neocórtex, el área donde  se mantiene la memoria a largo plazo. “Las fluctuaciones perpetuas de  estos campos extracelulares son el distintivo de un cerebro vivo y con  buen funcionamiento en todos los organismos, y su ausencia es un potente  indicador de un coma profundo, o incluso la muerte cerebral”, explica  Anastassiou.
Anteriormente, los neurobiólogos  suponían que los campos eran capaces de afectar – e incluso controlar –  la actividad neuronal sólo durante condiciones patológicas graves tales  como cuadros de epilepsia, que inducen campos magnéticos muy fuertes.  Pocos estudios, no obstante, habían evaluado realmente el impacto de los  campos más débiles – pero más comunes – no asociados a la epilepsia.  “La razón es simple”, dice Anastassiou. “Es muy difícil llevar a cabo un  experimento en vivo en ausencia de campos extracelulares”, para  observar qué cambia cuando los campos no está cerca.
Para evaluar esos efectos, Anastassiou y  sus colegas, incluyendo el neurocientífico de Caltech Christof Koch,  Profesor Lois y Victor Troendle de Biología Cognitiva y del  Comportamiento y profesor de computación y sistemas neuronales, se  centró en campos potentes pero de poca oscilación, conocidos como  potenciales de campo local (LFP), que surgen de los circuitos neuronales  compuestos de unas células de cerebro de rata. Medir esos campos y sus  efectos requería posicionar un cúmulo de diminutos electrodos dentro de  un volumen equivalente al de una célula – y a una distancia de 50  millonésimas de metro unos de otros.
“Debido a que era tan difícil posicionar  tantos electrodos dentro de un volumen tan pequeño de tejido cerebral,  los hallazgos de nuestra investigación son realmente novedosos”, comenta  Anastassiou. Anteriormente, explica, “nadie había sido capaz de lograr  este nivel de resolución espacial y temporal”.
Un “inesperado y sorprendente hallazgo  fue que los campos extracelulares muy débiles pueden alterar la  actividad neuronal”, comenta. “Por ejemplo, observamos que campos tan  débiles como un milivolt por milímetro alteran robustamente el disparo  de neuronas individuales, e incrementan la conocida como “coherencia de  pico de campo” – la sincronía con la que se disparan las neuronas en  relación al campo. “En el cerebro de los mamíferos, sabemos que los  campos extracelulares pueden fácilmente exceder los dos o tres milivolts  por milímetro. Nuestros hallazgos sugieren que bajo tales condiciones,  este efecto se hace significativo”.
¿Que significa todo esto para la  computación cerebral? “Los neurocientíficos han especulado desde hace  tiempo sobre esto”, dice Anastassiou. “Una coherencia de pico de campo  incrementada puede mejorar sustancialmente la cantidad de información  transmitida entre neuronas, así como incrementar su fiabilidad. Además,  se ha sabido desde hace mucho que los patrones de actividad del cerebro  relacionados con la memoria y la navegación, dan lugar a un robusto LFP y  una mayor coherencia de pico de campo. Creemos que el acoplamiento  efáptico no tiene un gran efecto, sino que contribuye en muchos niveles  durante el intenso procesado cerebral”.
¿Pueden los campos eléctricos externos  tener un efecto similar en el cerebro? “Esta es una pregunta  interesante”, dice Anastassiou. “Efectivamente, la física dicta que  cualquier campo externo tendrá un impacto en la membrana neuronal. Es  importante, sin embargo, señalar que el efecto de campos impuestos  externos dependerá también del estado del cerebro. Se podría pensar en  el cerebro como en un ordenador distribuido – no todas las áreas  muestran el mismo nivel de activación todo el tiempo.
“Si un campo impuesto de forma externa  tiene impacto en el cerebro es algo que también depende de qué área del  cerebro sea el objetivo. Durante los episodios epilépticos, los campos  patológicos pueden ser tan fuertes como 100 milivolts por milímetro –  tales campos incorporan con fuerza el disparo neuronal y dan lugar a  estado súper-sincronizados”. Y esto, añade, sugiere que la actividad del  campo eléctrico – incluso de campos externos – en ciertas áreas del  cerebro, durante estados cerebrales específicos, puede tener potentes  efectos cognitivos y de comportamiento.
Finalmente, a Anastassiou, Koch, y sus  colegas les gustaría probar si el acoplamiento efáptico afecta a los  procesos cognitivos de los humanos, y bajo qué circunstancias. “Creo  firmemente que comprender el origen y funcionalidad de los campos  cerebrales endógenos llevará a varias revelaciones sobre el procesado de  información en el nivel de circuito, el cual, en mi opinión, es el  nivel al que surgen las percepciones y conceptos”, comenta Anastassiou.  “Esto, a su vez, nos llevará a abordar cómo la biofísica da lugar a la  cognición de una forma mecanicista – y esto, creo, es el santo grial de  la neurociencia”.
El trabajo del artículo, “Ephaptic coupling of cortical neurons“,  que se publicó el 16 de enero en la edición on-line avanzada de la  revista,  fue patrocinado por el Consejo de Investigación en Ciencias  Físicas e Ingeniería, la Fundación Sloan-Swartz, la Fundación Nacional  Suiza de Ciencia, EU Synapse, la Fundación Nacional de Ciencia, la  Fundación Mathers y la Fundación Nacional de Investigación de Corea.
Autor: Kathy Svitil
Fecha Original: 2 de febrero de 2011
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