Cómo las neuronas en desarrollo construyen 'minicomputadoras' para obtener una mayor potencia informática

Un nuevo estudio con ratones del Instituto Holandés de Neurociencia (NIN) revela que las neuronas establecen «minicomputadoras» muy temprano en la vida para hacer que el cerebro sea computacionalmente poderoso. El estudio es Publicado en el diario es vida.

Construir un cerebro funcional requiere que los circuitos neuronales estén conectados con alta especificidad. Los principales participantes de este sistema son extensiones ramificadas de neuronas llamadas dendritas, que procesan e integran la información que reciben de otras neuronas.

Anteriormente, los neurocientíficos computacionales propusieron que las dendritas podrían calcular información localmente en muchos segmentos individuales dentro de una célula. Estas «subunidades computacionales» o «minicomputadoras» aumentarían drásticamente el poder computacional de una neurona. Sin embargo, aún se desconoce cómo las neuronas conectan estas minicomputadoras dentro del cerebro vivo durante el desarrollo.

Pero ¿y si pudiéramos observar el desarrollo de estas subunidades en la vida real? En un nuevo estudio del grupo de Christian Lohmann, los investigadores analizaron subunidades computacionales en el cerebro intacto en desarrollo de ratones jóvenes. De hecho, descubrieron que los puntos de comunicación de las dendritas, o sinapsis, están agrupados según la información que transmiten. En otras palabras, las sinapsis vecinas que transmiten información similar se agrupan en dominios dendríticos.

Grabaciones en vivo

Christian Lohmann dice: «Hicimos este descubrimiento grabando vídeos en intervalos de tiempo de dendritas neuronales individuales en la corteza de ratones vivos. Curiosamente, esta clasificación ya ocurre antes de que los ratones abran los ojos, es decir, antes de que reciban información visual. Aquí demostramos que las sinapsis vecinas suelen ser coactivas. Cuando las sinapsis están más alejadas entre sí, son menos coactivas. Parece que esta actividad espontánea (la actividad que genera el cerebro antes de abrir los ojos) es suficiente para clasificar las sinapsis en dominios. establecer las subunidades computacionales.

Pero ¿Por qué es importante? Este trabajo podría explicar potencialmente por qué ciertos errores en el desarrollo pueden causar trastornos del neurodesarrollo. «Para investigar esto más a fondo, nos gustaría analizar modelos de ratones con trastornos del desarrollo neurológico para ver si la clasificación de sinapsis está ausente o alterada. Esto respaldaría la idea de que la clasificación exitosa de las sinapsis a lo largo de las dendritas es necesaria para el desarrollo de un cerebro sano», dice Lohmann.

Las respuestas a esta pregunta nos ayudarán a comprender mejor cómo se desarrolla nuestro cerebro y cómo los errores en el desarrollo pueden comprometer el poder computacional del cerebro. También pueden ofrecer nuevas ideas para el diseño de redes neuronales artificiales de inspiración biológica para el procesamiento de información de alto nivel. Lohmann concluye: «Para mí lo más fascinante es cómo están conectadas las neuronas y qué tan temprano es posible esto sin siquiera saber nada sobre el mundo exterior. Es sorprendente cómo el cerebro puede hacer esto».

Proporcionado por el Instituto Holandés de Neurociencia – KNAW