UNA HIPÓTESIS PIONERA SOBRE CÓMO FUNCIONA NUESTRO CEREBRO

Ascención Bustillos 

Un nuevo estudio propone una hipótesis llamada «acoplamiento eléctrico celular», argumentando que los campos eléctricos del cerebro, generados por la actividad de la red neuronal, pueden influir en la configuración física de los componentes subcelulares de las neuronas para mejorar la estabilidad y la eficiencia de la red. La investigación, realizada por científicos del MIT, la Universidad de la Ciudad de Londres y la Universidad Johns Hopkins, se basa en estudios previos que mostraron cómo la actividad eléctrica rítmica, u ‘ondas cerebrales’, puede coordinarse en redes neuronales e influir en los campos eléctricos a nivel molecular y ajustar la función cerebral y facilitar la cognición flexible.

Las ondas cerebrales actúan como portadoras de información. Una hipótesis de «electroacoplamiento celular» propuesta recientemente propone que estos campos eléctricos oscilantes contribuyen a mejorar la eficiencia y la fuerza de la red cerebral. Lo hacen al influir en la configuración física del marco molecular del cerebro.

Para llevar a cabo sus funciones multifacéticas, que incluyen el pensamiento, el cerebro trabaja en diferentes niveles. La información, como objetivos o visualizaciones, se captura a través de la actividad eléctrica sincronizada entre redes neuronales. Al mismo tiempo, una gran cantidad de proteínas y otras sustancias bioquímicas dentro y alrededor de cada neurona llevan a cabo los mecanismos necesarios para participar en estas redes.

Un nuevo artículo de investigadores del MIT, la Universidad de la Ciudad de Londres y la Universidad Johns Hopkins postula que los campos eléctricos de la red influyen en la configuración física de los componentes subcelulares de las neuronas para mejorar la estabilidad y la eficiencia de la red, una hipótesis que los autores denominan «citoeléctrica». acoplamiento.»

Earl K dijo: Miller, Profesor Picower en el Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria de la Universidad de Michigan[{» attribute=»»>MIT, who co-authored the paper in Progress in Neurobiology with Associate Professor Dimitris Pinotsis of MIT and City —University of London, and Professor Gene Fridman of Johns Hopkins.

“El cerebro se adapta a un mundo cambiante”, dijo Pinotsis. “Sus proteínas y moléculas también cambian. Pueden tener cargas eléctricas y necesitan ponerse al día con las neuronas que procesan, almacenan y transmiten información mediante señales eléctricas. Interactuar con los campos eléctricos de las neuronas parece necesario”. Pensando en campos Un enfoque importante del laboratorio de Miller es estudiar cómo las funciones cognitivas de alto nivel, como la memoria de trabajo, pueden emerger de manera rápida, flexible y confiable de la actividad de millones de neuronas individuales. Las neuronas son capaces de formar circuitos dinámicamente creando y eliminando conexiones, llamadas sinapsis, así como fortaleciendo o debilitando esas uniones. Pero eso simplemente forma una "hoja de ruta" alrededor de la cual podría fluir la información, dijo Miller.

Miller descubrió que los circuitos neuronales específicos que representan colectivamente un pensamiento u otro están coordinados por una actividad rítmica, más conocida coloquialmente como "ondas cerebrales" de diferentes frecuencias. Los ritmos "gamma" rápidos ayudan a transmitir imágenes de nuestra visión (por ejemplo, un muffin), mientras que las ondas "beta" más lentas pueden transmitir nuestros pensamientos más profundos sobre esa imagen (por ejemplo, "demasiadas calorías"). En el momento adecuado, las ráfagas de estas ondas pueden transportar predicciones, permitir escribir, retener y leer información en la memoria de trabajo, según ha demostrado el laboratorio de Miller. Se descomponen cuando la memoria de trabajo también lo hace. El laboratorio ha informado evidencia de que el cerebro podría manipular claramente los ritmos en ubicaciones físicas específicas para organizar aún más las neuronas para una cognición flexible, un concepto llamado "Computación espacial". Otro trabajo reciente del laboratorio ha demostrado que, si bien la participación de las neuronas individuales dentro de las redes puede ser voluble y poco confiable, la información transportada por las redes de las que forman parte está representada de manera estable por los campos eléctricos generales generados por su actividad colectiva. acoplamiento citoeléctrico En el nuevo estudio, los autores combinan este modelo de actividad eléctrica rítmica que coordina redes neuronales con otras líneas de evidencia de que los campos eléctricos pueden influir en las neuronas a nivel molecular.

Los investigadores, por ejemplo, han estudiado el acoplamiento efáptico, en el que las neuronas influyen en las propiedades eléctricas de las demás a través de la proximidad de sus membranas, en lugar de depender únicamente de los intercambios electroquímicos a través de las sinapsis. Esta diafonía eléctrica puede afectar las funciones neuronales, incluido cuándo y si se disparan para transmitir señales eléctricas a otras neuronas en un circuito. Miller, Pinotsis y Fridman también citan investigaciones que muestran otras influencias eléctricas en las células y sus componentes, incluida la forma en que los campos guían el desarrollo neuronal y que los microtúbulos pueden alinearse con ellos. Si el cerebro transporta información en campos eléctricos y esos campos eléctricos son capaces de configurar neuronas y otros elementos en el cerebro que forman una red, entonces es probable que el cerebro use esta capacidad. El cerebro puede usar campos para garantizar que la red haga lo que se supone que debe hacer, sugieren los autores. Para decirlo (vagamente) en términos de teleadicto, el éxito de una red de televisión no es solo su capacidad para transmitir una señal clara a millones de hogares. Lo que también es importante son los detalles tan finos como la forma en que cada hogar de espectadores organiza su televisor, sistema de sonido y muebles de sala para maximizar la experiencia. Tanto en esta metáfora como en el cerebro, dijo Miller, la presencia de la red motiva a los participantes individuales a configurar su propia infraestructura para participar de manera óptima. “El acoplamiento citoeléctrico conecta la información a nivel meso y macroscópico hasta el nivel microscópico de proteínas que son la base molecular de la memoria”, escribieron los autores en el artículo. El artículo expone la lógica que inspira el Acoplamiento Citoeléctrico. “Estamos ofreciendo una hipótesis que cualquiera puede probar”, dijo Miller.

“Cytoelectric coupling: Electric fields sculpt neural activity and “tune” the brain’s infrastructure” by Dimitris A. Pinotsis, Gene Fridman and Earl K. Miller, 18 May 2023, Progress in Neurobiology.

The study was funded by the United Kingdom Research and Innovation (UKRI), the U.S. Office of Naval Research, The JPB Foundation, and The Picower Institute for Learning and Memory.