Cerebro, Alzheimer.
Cerebro, Alzheimer. FLICKR/NEIL CONWAY

Un equipo de neurocientíficos del Centro Champalimaud para lo Desconocido, en Lisboa, Portugal, ha mapeado las conexiones neuronales individuales a través de largas distancias en el cerebro. Los investigadores descubrieron que el cableado del cerebro es más complejo de lo que se pensaba anteriormente.

"Éstas son las primeras mediciones de entradas neuronales entre los circuitos locales y lugares lejanos", subraya Leopoldo Petreanu, quien dirigió la investigación, cuyos coautores son Nicolás Morgenstern y Jacques Bourg. Sus resultados se publican en la revista 'Nature Neuroscience'.

"Queremos entender la estructura del cerebro, pero el diagrama de cableado que se tiene del cerebro es todavía muy irregular", dice Petreanu. "Excepto en el ámbito local, no sabemos cómo los axones (las fibras proyectadas por las neuronas) individuales se conectan", explica.

Gracias a una novedosa técnica que consiste en la estimulación de los nervios con luz láser desarrollada en su laboratorio, los científicos consiguieron realizar un seguimiento de la actividad de los axones individuales en el cerebro de ratón, entre una estructura del cerebro llamada tálamo y la parte de la corteza visual que recibe, por medio del tálamo, los estímulos visuales de las retinas.

La intricada conexión entre las capas de la corteza

La corteza visual está estructurada en capas. Una de ellas, llamada L4, es el punto de entrada de la mayoría de la información visual en la corteza y contiene pequeños grupos de neuronas que están interconectadas altamente y bidireccionalmente. Se ha propuesto que pueden actuar como amplificadores de ciertas características de la señal visual, mejorando los bordes de los objetos en el mundo exterior, por ejemplo. Pero no se sabe con exactitud cómo se logra y cómo interactúan con entradas remotas del cerebro para integrar la información visual.

Ahora, Petreanu y su equipo han descubierto algo que podría dar crédito a esta hipótesis: el hecho de que si dos neuronas en L4 están interconectadas, un axón que se proyecta desde el tálamo a una de esas neuronas se "bifurca" con el fin de conectarse también a la otra. Esto significa que estas neuronas interconectadas reciben la misma entrada desde el tálamo y están constantemente dando señales de ida y vuelta entre ellas. Tal mecanismo podría generar un efecto amplificador en estos pequeños circuitos neurales, según Petreanu.

El proceso visual es un proceso en serie a través de capas

Una vez que las entradas visuales entrantes viajan a lo largo de los axones desde las células en el tálamo a las células en dicha capa, se transmiten de forma unidireccional, para un procesamiento de mayor nivel, a otra capa, denominada L2/3. Por lo tanto, la opinión común hoy en día es que "el proceso visual es un proceso en serie a través de capas", dice Petreanu.

Sin embargo, estos investigadores también descubrieron que cuando dos neuronas estaban conectadas a través de estas capas, un axón que se proyecta desde el tálamo a la neurona en L4 también "se bifurca" y se conecta, de forma independiente, a la neurona de L2/3. "Ése es nuestro principal hallazgo", dice Petreanu.

La existencia de estas conexiones que "se saltan una capa" asegura que L2/3 no sólo recibe entradas visuales procesadas de L4, sino también los "datos brutos" desde el tálamo. "Esto podría permitir a las células L2/3 convertirse en muy especializadas en la detección de características visuales", explica. "Simulaciones neuronales en los equipos han demostrado que si necesitas una red neuronal artificial para ser bueno en el reconocimiento de caras, es mejor tener una estructura y conexiones que se salten una capa", afirma. Puede ser igual para el cerebro.

"Esto cambia la forma de entender cómo el cerebro recibe la información", concluye Petreanu. Y el mismo mecanismo puede estar en funcionamiento en otras entradas sensoriales. El equipo ahora quiere determinar si existen estructuras de conexión similares entre las diferentes áreas de la corteza visual.