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Descubren el origen de la “gran sinapsis” gracias a la que el cerebro humano procesa los sonidos

Descubren el origen de la “gran sinapsis” gracias a la que el cerebro humano procesa los sonidos
Los resultados, asociados al grupo de proteínas “BMP”, podrían aplicarse al tratamiento de desordenes neuropsiquiátricos.

Gran sinapsis


Desde hace muchos años, uno de los enigmas de la ciencia era alcanzar la explicación sobre cómo localizamos la posición espacial de los sonidos. Ahora, un grupo de científicos ha mostrado el mecanismo responsable de la creación de gigantescas sinapsis en el cerebro que nos permiten procesar de forma eficiente la información auditiva. Los resultados de este estudio, asociados al grupo de proteínas “BMP”, podrían ofrecer soluciones en el tratamiento de determinados desordenes neuropsiquiátricos.

Tanto los humanos como una mayoría de los mamíferos podemos determinar el origen espacial de un sonido con una extraordinaria agudeza. Empleamos esta habilidad de forma constante, en funciones tales como cruzar una calle o localizar un teléfono que está sonando en una habitación abarrotada de gente. Para conseguir este pequeño milagro diario, el cerebro ha desarrollado un circuito que es suficientemente rápido para detectar la pequeña demora que sucede entre el momento en que la información acústica alcanza uno de nuestros oídos y el momento en el que llega al otro. La pieza maestra de este circuito es la Calyx of Held, la mayor sinapsis cerebral conocida.

Sonidos


Científicos de la Escuela Politécnica Federal de Lausana han revelado el rol que ciertas proteínas desempeñan para dar comienzo al desarrollo de estas gigantescas sinapsis. El descubrimiento, publicado en Nature Neuroscience, también puede ser útil para arrojar luz sobre las causas de un alto número de desordenes neuropsiquiátricos.

Habitualmente, las neuronas tienen cientos de puntos de contacto –conocidos como sinapsis- con otras neuronas vecinas. Dentro de un determinado marco de tiempo, la neurona tiene que recibir varias señales de sus vecinas para ser capaz de lanzar su propia señal de respuesta. Esta es la razón por la que la información pasa de una neurona a otra de un modo relativamente aleatorio.

Sin embargo, en la función auditiva del cerebro no sucede así. A menudo, las sinapsis se desarrollan en tamaños extremadamente largos y esas enormes conexiones son conocidas como sinapsis Calix of Held. Al tener cientos de puntos de contacto, estas conexiones tienen la capacidad de transmitir una señal por su propia cuenta a las neuronas vecinas. “Es casi como una comunicación peer-to-peer entre neuronas”, explica el profesor de la Escuela Politécnica Federal de Lausana y líder del estudio Ralf Schneggenburger. El resultado de esta forma de funcionar es que la información es procesada extremadamente rápido, en unas pocas fracciones de milisegundo, en lugar de en el más lento ritmo de más de 10 milisegundos en el que tienen lugar la mayoría de las conexiones neuronales restantes.

Para aislar la proteína responsable de controlar el desarrollo de esta gigantesca sinapsis, los científicos tuvieron que llevar a cabo una meticulosa investigación. Empleando métodos de análisis genéticos en ratones, aislaron varios miembros de la familia de proteínas “BMP” de entre más de 20.000 posibles candidatas.

Después, para verificar que habían identificados correctamente la proteína adecuada, los investigadores inhabilitaron los receptores de las proteínas “BMP” en la parte auditiva del cerebro del ratón. “La señal electropsicológica del Calyx of Held resultante estaba alterada de forma muy significativa –explica Le Xiao, uno de los autores del estudio-. Esto podía sugerir una importante diferencia anatómica”.

Entonces, el equipo reconstruyó las sinapsis en tres dimensiones partiendo de las diapositivas que obtenían de la observación bajo un microscopio electrónico. En lugar de un simple, masivo, Calyx of Held que abarcara cerca de la mitad de las neuronas, la imagen en 3D de las neuronas mostraban claramente varias sinapsis más pequeñas. “Esto muestra que el proceso en el que están implicadas las proteínas “BMP” no sólo provoca el desarrollo de una sinapsis, sino que también lleva a cabo una selección, eliminando a otras”, explica Schneggenburger.

El impacto de este estudio puede ir mucho más lejos del incremento de nuestra comprensión del sistema auditivo. Los resultados sugieren que las proteínas “BMP” desempeñan un rol muy importante en el desarrollo de las conexiones cerebrales. Schneggenburger y su equipo están investigación en la actualidad su rol en otras partes del cerebro. “Algunos desordenes neuropsiquiátricos, como la esquizofrenia y el autismo, se caracterizan por el anormal desarrollo de las conexiones sinápticas en determinadas partes clave del cerebro”, explica Schneggenburger. Identificando y explicando el rol de diferentes proteínas en este proceso, los científicos tienen la esperanza de ofrecer más luz sobre estos dañinos desordenes de la capacidad de comprensión.
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