Los científicos han descubierto una forma única de mensaje celular que se produce en el cerebro humano y que nunca antes se había visto. Curiosamente, el hallazgo sugiere que nuestros cerebros pueden ser unidades informáticas incluso más poderosas de lo que imaginamos.

A principios del año pasado, investigadores de institutos en Alemania y Grecia informaron sobre un mecanismo en las células corticales externas del cerebro que produce una nueva señal «graduada» propia que podría dar a las neuronas individuales otra forma de llevar a cabo sus funciones lógicas.

Al medir la actividad eléctrica en secciones de tejido extraídas durante la cirugía en pacientes epilépticos y analizar su estructura mediante microscopía fluorescente, los neurólogos descubrieron que las células individuales de la corteza usaban no solo los iones de sodio habituales para «disparar», sino también calcio.

Esta combinación de iones cargados positivamente desencadenó ondas de voltaje nunca antes vistas, conocidas como potenciales de acción dendríticos mediados por calcio, o dCaAP.

Los cerebros, especialmente los de la variedad humana, a menudo se comparan con las computadoras. La analogía tiene sus límites, pero en algunos niveles cumplen tareas de manera similar.

Ambos utilizan la potencia de un voltaje eléctrico para realizar diversas operaciones. En las computadoras, toma la forma de un flujo muy simple de electrones a través de intersecciones llamadas transistores.

En las neuronas, la señal tiene la forma de una onda de canales de apertura y cierre que intercambian partículas cargadas como sodio, cloruro y potasio. Este pulso de iones que fluyen se llama potencial de acción.

En lugar de transistores, las neuronas gestionan estos mensajes químicamente al final de las ramas llamadas dendritas.

«Las dendritas son fundamentales para comprender el cerebro porque están en el corazón de lo que determina el poder computacional de las neuronas individuales», neurocientífico de la Universidad de Humboldt. Matthew Larkum le dijo a Walter Beckwith en la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia en enero de 2020.

Las dendritas son los semáforos de nuestro sistema nervioso. Si un potencial de acción es lo suficientemente significativo, puede transmitirse a otros nervios, que pueden bloquear o transmitir el mensaje.

Esta es la razón fundamental de nuestro cerebro: ondas de voltaje que se pueden comunicar colectivamente de dos maneras: Y mensaje (si x y y se disparan, se pasa el mensaje); o uno O mensaje (si x o y se establece, se pasa el mensaje).

Podría decirse que en ninguna parte esto es más complejo que en la densa y arrugada sección externa del sistema nervioso central humano; la corteza cerebral. La segunda y tercera capas más profundas son especialmente gruesas, repletas de ramas que realizan funciones de orden superior que asociamos con la sensación, el pensamiento y el control motor.

Fueron los tejidos en estas capas los que los investigadores examinaron de cerca, conectando las células a un dispositivo llamado pinza de parche somatodendrítica para enviar potenciales activos hacia arriba y hacia abajo de cada neurona, registrando sus señales.

«Hubo un momento ‘eureka’ cuando vimos por primera vez los potenciales de acción dendríticos», dijo Larkum.

Para asegurarse de que los hallazgos no fueran exclusivos de personas con epilepsia, verificaron sus resultados en un puñado de muestras tomadas de tumores cerebrales.

Mientras el equipo realizaba experimentos similares en ratas, los tipos de señales que observaron zumbando en las células humanas eran muy diferentes.

Más importante aún, cuando dosificaron a las células con un bloqueador de los canales de sodio llamado tetrodotoxina, aún encontraron una señal. Simplemente bloqueando el calcio, todo quedó en silencio.

Encontrar un potencial de acción mediado por calcio es bastante interesante. Pero modelar la forma en que este nuevo tipo de señal sensible funcionaba en la corteza reveló una sorpresa.

más allá de lo lógico Y y Ofunciones como, estas neuronas individuales pueden actuar como ‘exclusivo’ O (XOR) cruces, que solo permiten una señal cuando otra señal está graduada de una forma determinada.

«Tradicionalmente, el XOR se pensaba que la operación requería una solución de red «, los investigadores escribieron.

Es necesario trabajar más para ver cómo se comportan las dCaAP en neuronas completas y en un sistema vivo. Sin mencionar si es algo humano o si se desarrollaron mecanismos similares en otras partes del reino animal.

La tecnología también se inspira en nuestro sistema nervioso para desarrollar un mejor hardware; saber que nuestras células individuales tienen algunos trucos más bajo la manga podría conducir a nuevas formas de transistores de red.

Exactamente cómo esta nueva herramienta lógica comprimida en una sola célula nerviosa se traduce en funciones superiores es una pregunta que los futuros investigadores deben responder.

Esta investigación fue publicada en Ciencias.

Una versión de este artículo se publicó originalmente en enero de 2020.