El cerebro se adapta al entorno en parte por modificar y reacomodar persistentemente las diversas conexiones sinápticas entre neuronas. Estos cambios incluyen fortalecer o debilitar vínculos existentes, así como formar y eliminar sinapsis – ajustes a largo plazo que son requeridos para el aprendizaje y la memoria.
David Vaughn – Picower Institute for Learning and Memory. Original (en inglés).
Debido a que las sinapsis exitadoras en neuronas exitables están localizadas en pequeñas protusiones llamadas espinas dendríticas, estudios tempranos usaron dinámica de espina dendrítica para monitorear el remodelado de sinapsis exitadoras en vivo. Sin embargo, la falta de sustitutos morfológicos para sinapsis inhibidoras ha impedido su observación, y aunque la interacción entre transmisión exitadora e inhibidora mantiene un papel crítico en la plasticidad del cerebro, la incapacidad de monitorear la dinámica de la sinapsis inhibidora ha hecho imposible el examinar cómo corresponden con los cambios exitadores.
La entrada sensorial impacta la actividad sináptica
Un nuevo estudio hecho en conjunto por Elly Nedivi, del Instituto Picower para el aprendizaje y la memoria, sus estudiantes Jerry Chen y Katherine Villa del Departamento de Biología, y sus colegas Jae Won Cha y Peter So del Departamento de Ingeniería Mecánica en el MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts), así como el colaborador Yoshiyuki Kubota del Instituto Nacional para las Ciencias Fisiológicas en Japón, caracteriza la distribución de sinapsis inhibidoras a lo largo de las neuronas del cerebro y muestra que están divididas en dos poblaciones, una en espinas dendríticas adyacentes a una sinapsis exitadora, la otra en un eje dendrítico. Entonces midieron ellos la kinética del remodelado de las dos poblaciones durante experiencias sensoriales normales y alteradas.
Los investigadores monitorearon simultáneamente sinapsis inhibidoras y espinas dendríticas a lo largo de las neuronas del cerebro usando microscopía de dos fotones de color doble en alta resolución. Sus hallazgos indican que las espinas inhibidoras y las sinapsis en el eje responden diferente durante experiencias sensoriales visuales normales y alteradas, y cuando las sinapsis inhibidoras y las espinas dendríticas de neuronas de la corteza son reacomodadas, se encuentran agrupadas, basadas en la información sensorial. Este trabajo apareció en la revista Neuron el mes pasado, el 26 de abril.
Hasta ahora, la distribución de las sinapsis inhibidoras en las células dendritas se estimaba por medio de medidas de densidad volumétricas. El nuevo estudio del MIT, sin embargo, demuestra distribución uniforme de sinapsis inhibidoras del eje – contra las sinapsis en la espina, las que son lo doble de abundantes a lo largo de dendritas apicales distales. La distribución diferencial de la espina inhibidora y las sinapsis en el eje podría reflejar su influencia en la integración de la entrada de calcio desde varias fuentes.
Distinciones kinéticas y de agrupamiento entre tipos de sinapsis
El equipo investigador también descubrió que ambos tipos de sinapsis son dinámicos, pero las sinapsis de la espina inhibidora son cuatro veces más dinámicas que sus contrapartes del eje. La privación monocular (MD – Monocular deprivation), un paradigma visual para la plasticidad, resultó en una pérdida significativa pero transitoria de sinapsis inhibidoras de la espina durante los primeros dos días de MD, mientras que la pérdida de sinapsis del eje persistieron por al menos cuatro días. Esto demuestra el impacto de la experiencia sensorial alterada y la distinción kinética entre las dos poblaciones de sinapsis.
Después, los científicos buscaron evidencia de agrupamiento local entre cambios sinápticos exitadores e inhibidores durante la experienca visual normal al realizar análisis en sinapsis inhibidoras y espinas dinámicas y estables. Encontraron que los cambios en sinapsis inhibidoras ocurren en proximidad cercana a espinas dendríticas dinámicas comparado con las espinas estables, y los cambios en las espinas dendríticas ocurren en proximidad cercana a las sinapsis inhibidoras dinámicas comparado con las estables. Los investigadores también demostraron que este patrón de agrupamiento entre sinapsis inhibidoras dinámicas y espinas dendríticas era reforzado por MD.
Los investigadores también probaron que el porcentaje de espinas dinámicas y sinapsis inhibidoras agrupadas en respuesta al MD es significativamente más alto de lo que podría esperarse basado simplemente en una presencia incrementada de sinapsis inhibidoras dinámicas. “Esto sugiere que mientras que el MD en general no cambia la tasa de rotación espinal en neuronas de la corteza, lleva a una mayor coordinación de estos eventos con dinámicas de sinapsis inhibidoras cercanas”, explica Nedivi.
Nuevos descubrimientos revelan impacto potencial en la memoria de largo plazo
La habilidad de los investigadores del MIT de distinguir entre sinapsis inhibidoras en la espina y en el eje dan una nueva perspectiva en la dinámica de la sinapsis inhibidora en la corteza visual adulta. Las pérdidas de sinapsis inhibidoras que ocurren durante experiencias visuales alteradas, notadas arriba, son consistentes con encuentros de que la privación visual produce un período de desinhibición en la corteza visual.
Adicionalmente, los resultados de este estudio del MIT proveen evidencia de que la plasticidad dependiente en experiencia en el cerebro es un proceso altamente orquestado, integrando cambios en conectividad exitadora con la eliminación activa y la formación de sinapsis inhibidoras. Esto arroja nueva luz en la importancia de coordinar los circuitos exitadores e inhibidores para ayudar a promover la memoria de largo plazo.
Reimpreso con permiso de MIT News.
Fuente
http://web.mit.edu/ (en inglés)