Mediante el uso de una novedosa técnica de microscopía, el neurocientífico Arthur Konnerth y colegas de la Universidad Técnica de Munich (TUM) han demostrado que las neuronas individuales lleven a cabo los aspectos importantes del procesamiento sensorial: en concreto, en este caso, determinaron en qué dirección un objeto en movimiento en el campo de visión. Su método permitió por primera vez para observar las sinapsis individuales en dichas neuronas.

Se conoce que las neuronas tienen una función importante en el procesamiento de las señales visuales relacionados con el movimiento. Un equipode científicos descubrieron que una neurona individual integra las aportaciones que recibe a través de muchas sinapsis (entradas) a la vez en una sola señal de salida – una decisión que en esencia es hecha por un solo nervio celular. El informe de los científicos aparece en el último número de la revista Nature y abre una nueva vía para la exploración de cómo funciona el aprendizaje a nivel de una neurona individual.

Cuando la luz incide en la retina del ojo humano, golpea 126 millones de células sensoriales, que lo transforman en señales eléctricas. Incluso la unidad más pequeña de la luz, un fotón, puede estimular una de estas células sensoriales. Como consecuencia, esta cantidad enorme de datos tienen que ser procesada para que seamos capaces de ver. Si bien el tratamiento de los datos visuales se inicia en la retina, la imagen acabada sólo se plantea en el cerebro o, para ser más precisos, en la corteza visual en la parte posterior del cerebro. Los científicos que trabajan con Arthur Konnerth – profesor de neurofisiología en la TUM y Carl von Linde en el Instituto de Estudios Avanzados de la TUM – están interesados en un cierto tipo de neuronas en la corteza visual que nos alertan  de las señales eléctricas cuando un objeto se mueve delante de nuestros ojos – o en este caso a los ojos de un ratón.

Cuando el ratón se le muestra un patrón de barras horizontales en movimiento, las neuronas específicas en su corteza visual responden constantemente, dependiendo de si el movimiento es de abajo hacia arriba o de derecha a izquierda. El patrón de respuesta al impulso de estas “orientaciones” neuronas ya es bien conocida. Sin embargo, lo que no se conocía en detalle, es lo que le sucedía a la señal de entrada. Esto no era fácil de establecer ya que cada una de las neuronas tiene un “árbo” entero de diminutas antenas ramificadas, conocidas como dendritas, en la que cientos de otras neuronas “conectan” con sus sinapsis.

Para obtener más información sobre la señal de entrada, Konnerth y sus colegas observaron un ratón en el acto de ver, con la resolución que va más allá de una célula nerviosa en una sola sinapsis. Ellos refinaron un método llamado microscopio de dos fotones de fluorescencia, que permite mirar hacia arriba a la mitad de un milímetro en el tejido cerebral y ver no sólo una celda individual, sino incluso sus dendritas. Junto con esta sonda microscópica, realizaron señales eléctricas a las dendritas de las neuronas individuales utilizando pequeñas pipetas  de vidrio (técnica de patch-clamp). “Hasta ahora, los experimentos similares sólo se han llevado a cabo en las neuronas cultivadas en placas de Petri”, dice Konnerth. “El cerebro intacto es mucho más complejo. Debido a que se mueve un poco todo el tiempo, la resolución de los sitios individuales de entrada sináptica en las dendritas fue extremadamente difícil.”

El esfuerzo ya ha recompensado al equipo con un descubrimiento. Ellos encontraron que en respuesta a las mociones de diferente orientaciones de un patrón de barras en el campo de visión de un ratón, una neurona individual de “orientación” recibe las señales de entrada de un número de células nerviosas orientadas de manera diferente en su red de conexiones, pero sólo envía una especie de señal de salida. ¿Y esto, “Konnerth dice,” es donde las cosas se ponen realmente emocionante”. La neurona de orientación sólo envía señales de salida cuando, por ejemplo, el patrón de barra se mueve de abajo hacia arriba. Es evidente que la neurona compara las señales de entrada distintas entre sí y por lo tanto reduce la saturación de los datos de entrada a los datos más esenciales necesarios para la percepción clara de los movimientos.

En el futuro, los científicos pretender extender este enfoque de investigación a la observación del proceso de aprendizaje en una neurona individual. Los neurocientíficos especulan que una neurona puede ser capturada en el acto de aprender una nueva orientación.

Este método permite observar, hasta el nivel de una sinapsis individual, cómo una neurona individual en el cerebro vivo está conectado en red con los demás y cómo se comporta, por lo tanto debemos ser capaces de hacer una contribución fundamental para comprender el proceso de aprendizaje.

Referencia

Hongbo Jia, Nathalie L. Rochefort, Xiaowei Chen, Arthur Konnerth. Dendritic organization of sensory input to cortical neurons in vivo. Nature, 2010; 464 (7293): 1307 DOI: 10.1038/nature08947