Resumen: Los científicos presentan una hipótesis denominada «Acoplamiento citoeléctrico», que sugiere que los campos eléctricos dentro del cerebro pueden manipular los componentes subcelulares neuronales, optimizando la estabilidad y la eficiencia de la red. Proponen que estos campos permitan a las neuronas ajustar la red de procesamiento de información hasta el nivel molecular.

Comparativamente, este proceso es similar al de las familias que organizan la configuración de su televisor para una experiencia de visualización óptima. La teoría, abierta a prueba, podría mejorar significativamente nuestra comprensión del funcionamiento interno del cerebro.

Principales aspectos:

1. La hipótesis del acoplamiento citoeléctrico sugiere que los campos eléctricos del cerebro pueden ajustar la estabilidad y la eficiencia de la red al influir en los componentes subcelulares neuronales.
2. La capacidad del cerebro para adaptarse a un mundo cambiante incluye proteínas y moléculas que interactúan con los campos eléctricos generados por las neuronas.
3. Esta nueva teoría, que sugiere una conexión entre el nivel macroscópico y el microscópico en el cerebro, es una hipótesis comprobable que podría revolucionar nuestra comprensión de cómo funciona el cerebro.

Fuente: Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria

Para producir sus muchas funciones, incluido el pensamiento, el cerebro trabaja en muchas escalas. La información, como objetivos o imágenes, se representa mediante actividad eléctrica coordinada entre redes de neuronas, mientras que dentro y alrededor de cada neurona, una mezcla de proteínas y otras sustancias químicas realiza físicamente la mecánica de participación en la red.

Un nuevo artículo de investigadores del MIT, la City-University of London y la Universidad Johns Hopkins postula que los campos eléctricos en la red influyen en la configuración física de los componentes subcelulares de las neuronas para optimizar la estabilidad y la eficiencia de la red, una hipótesis que los autores denominan «acoplamiento citoeléctrico».

«La información que procesa el cerebro desempeña un papel en el ajuste fino de la red hasta el nivel molecular», dijo Earl K. Miller, profesor Picower en el Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria del MIT, coautor del artículo en Avances en Neurobiología con el Profesor Asociado Dimitris Pinotsis del MIT y City — University of London, y el Profesor Gene Fridman de Johns Hopkins.

“El cerebro se adapta a un mundo cambiante”, dijo Pinotsis. “Sus proteínas y moléculas también cambian. Pueden transportar cargas eléctricas y necesitan llegar a las neuronas que procesan, almacenan y transmiten información mediante señales eléctricas. Interactuar con los campos eléctricos de las neuronas parece necesario”.

pensando en campos

Uno de los principales enfoques del laboratorio de Miller es estudiar cómo las funciones cognitivas de alto nivel, como la memoria de trabajo, pueden surgir de manera rápida, flexible y confiable de la actividad de millones de neuronas individuales.

Las neuronas son capaces de formar circuitos dinámicamente, crear y eliminar conexiones, llamadas sinapsis, así como fortalecer o debilitar esas uniones. Pero eso solo forma un «mapa de ruta» alrededor del cual puede 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 (p. ej., un panecillo), mientras que las ondas «beta» más lentas pueden transmitir nuestros pensamientos más profundos sobre esa imagen (p. ej., «demasiadas calorías»).

En el momento adecuado, las ráfagas de estas ondas pueden llevar predicciones, permitir la escritura, retención y lectura de información en la memoria de trabajo, mostró el laboratorio de Miller. Se rompen cuando la memoria de trabajo también.

El laboratorio informó evidencia de que el cerebro puede 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, aunque la participación de las neuronas individuales en las redes puede ser errática y poco fiable, la información transportada por las redes de las que forman parte está representada de forma 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, estudiaron el acoplamiento efático, 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 entre las sinapsis. Esta diafonía eléctrica puede afectar las funciones neuronales, incluso cuándo y si se activan 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 estos campos eléctricos pueden configurar neuronas y otros elementos en el cerebro que forman una red, entonces es probable que el cerebro use esta habilidad. 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 perezosos, 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 la casa de cada espectador organiza su televisor, sistema de sonido y muebles de la 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 en los niveles meso y macroscópico con el nivel microscópico de las proteínas que son la base molecular de la memoria», escribieron los autores en el artículo.

El artículo presenta la lógica inspiradora del Acoplamiento Citoeléctrico. «Estamos ofreciendo una hipótesis que cualquiera puede probar», dijo Miller.

Financiación: El apoyo para la investigación provino de Research and Innovation UK (UKRI), la Oficina de Investigación Naval de EE. UU., la Fundación JPB y el Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria.

Sobre esta noticia de investigación en neurociencia

Autor: David Orenstein
Fuente: Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria
Contacto: David Orenstein – Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria
Imagen: La imagen está acreditada a Neuroscience News.

Búsqueda original: Acceso libre.
“Acoplamiento citoeléctrico: los campos eléctricos esculpen la actividad neuronal y «afinan» la infraestructura del cerebro” por Earl K. Miller et al. Avances en Neurobiología

Abstracto

Acoplamiento citoeléctrico: los campos eléctricos esculpen la actividad neuronal y «afinan» la infraestructura del cerebro

Proponemos y presentamos evidencia convergente para la hipótesis del acoplamiento citoeléctrico: los campos eléctricos generados por las neuronas son causales hasta el nivel del citoesqueleto.

Esto podría lograrse mediante electrodifusión y mecanotransducción e intercambios entre energía eléctrica, potencial y química. El acoplamiento efático organiza la actividad neuronal, formando conjuntos neuronales a nivel de macroescala.

Esta información se propaga al nivel de la neurona, afectando al pico, y al nivel molecular para estabilizar el citoesqueleto, “sintonizándolo” para procesar la información de manera más eficiente.