Diferentes tipos de estas proyecciones ramificadas procesan la información entrante de diferentes maneras ayer de enviarla al cuerpo de la neurona. – Ciencia diaria

Los investigadores encontraron que dentro de una sola neurona, diferentes tipos de dendritas reciben información de distintas partes del cerebro y la procesan de diferentes maneras. Estas diferencias pueden ayudar a las neuronas a integrar una variedad de entradas y generar una respuesta adecuada, dicen los investigadores.

En las neuronas que los investigadores examinaron en este estudio, parece que este procesamiento dendrítico ayuda a las células a adquirir información visual y combinarla con la retroalimentación motora, en un circuito involucrado en la navegación y la planificación del movimiento.

«Nuestra hipótesis es que estas neuronas tienen la capacidad de ubicar características y puntos de referencia específicos en el entorno visual y combinarlos con información sobre la velocidad de carrera, hacia dónde voy y cuándo comenzaré, para moverme hacia una ubicación objetivo», dice. Mark Harnett., profesor asociado de ciencias del cerebro y cognitivas, miembro del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro del MIT y autor principal del estudio.

Mathieu Lafourcade, ex postdoctorado del MIT, es el autor principal del artículo, que aparece hoy en Neurona.

Cálculos complejos

Cualquier neurona dada puede tener docenas de dendritas, que reciben entradas sinápticas de otras neuronas. Los neurocientíficos han especulado que estas dendritas pueden actuar como compartimentos que realizan sus propios cálculos sobre la información entrante antes de enviar los resultados al cuerpo de la neurona, que integra todas estas señales para generar una salida.

Investigaciones anteriores han demostrado que las dendritas pueden amplificar las señales entrantes utilizando proteínas especializadas llamadas receptores NMDA. Estos son receptores de neurotransmisores sensibles al voltaje que dependen de la actividad de otros receptores llamados receptores AMPA. Cuando una dendrita recibe muchas señales de entrada al mismo tiempo a través de los receptores AMPA, se alcanza el umbral para activar los receptores NMDA cercanos, creando una ráfaga adicional de corriente.

Se cree que este fenómeno, conocido como superlinealidad, ayuda a las neuronas a distinguir entre entradas que llegan más cerca o más lejos en el tiempo o el espacio, dice Harnett.

En el nuevo estudio, los investigadores del MIT querían determinar si los diferentes tipos de entradas están dirigidos específicamente a diferentes tipos de dendritas y, de ser así, cómo afectaría eso a los cálculos que realizan esas neuronas. Se centraron en una población de neuronas llamadas células piramidales, las principales neuronas de salida de la corteza, que tienen diferentes tipos de dendritas. Las dendritas basales se extienden por debajo del cuerpo de la neurona, las dendritas oblicuas apicales se extienden desde un tronco que se eleva desde el cuerpo, y las dendritas en penacho se ubican en la parte superior del tronco.

Harnett y sus colegas eligieron una parte del cerebro llamada corteza retroesplenial (RSC) para sus estudios porque es un buen modelo para la corteza asociativa, el tipo de corteza cerebral utilizada para funciones complejas como la planificación, la comunicación y la cognición social. RSC integra información de muchas partes del cerebro para guiar la navegación, y las neuronas piramidales juegan un papel clave en esa función.

En un estudio en ratones, los investigadores demostraron por primera vez que tres tipos diferentes de entradas ingresan a las neuronas piramidales del RSC: desde la corteza visual hasta las dendritas basales, desde la corteza motora hasta las dendritas oblicuas apicales y desde los núcleos laterales de el tálamo, un ‘área de procesamiento visual, en dendritas empenachadas.

«Hasta ahora, no ha habido mucho mapeo de qué entradas van a esas dendritas», dice Harnett. «Descubrimos que hay algunas reglas de cableado sofisticadas aquí, con diferentes entradas que van a diferentes dendritas».

una serie de respuestas

Luego, los investigadores midieron la actividad eléctrica en cada uno de estos compartimentos. Se esperaba que los receptores NMDA exhibieran actividad supralineal, porque este comportamiento se ha demostrado previamente en las dendritas de las neuronas piramidales tanto en la corteza sensorial primaria como en el hipocampo.

En las dendritas basales, los investigadores vieron justo lo que esperaban: la entrada de la corteza visual provocó picos eléctricos supralineales, generados por los receptores NMDA. Sin embargo, con solo 50 micrones de distancia, en las dendritas oblicuas apicales de las mismas células, los investigadores no encontraron signos de actividad supralineal. En cambio, la entrada a esas dendritas da como resultado una respuesta lineal constante. Esas dendritas también tienen una densidad mucho menor de receptores NMDA.

«Fue impactante, porque nadie lo había informado antes», dice Harnett. «Esto significa que a los oblicuos apicales no les importa el modelo de entrada. Las entradas se pueden separar con el tiempo, o juntas con el tiempo, y no importa. Es solo un integrador lineal que le dice a la celda cuánta entrada está recibiendo». , sin hacer ningún cálculo sobre él».

Estas entradas lineales probablemente representan información como la velocidad de carrera o el destino, dice Harnett, mientras que la información visual que ingresa a las dendritas basales representa puntos de referencia u otras características del entorno. La superlinealidad de las dendritas basales les permite realizar tipos de cómputo más sofisticados en esa entrada visual, lo que, según especulan los investigadores, permite que el RSC se adapte de manera flexible a los cambios en el entorno visual.

En las dendritas del penacho, que reciben información del tálamo, parece que se pueden generar picos de NMDA, pero no muy fácilmente. Al igual que las dendritas oblicuas apicales, las dendritas en penacho tienen una baja densidad de receptores NMDA. El laboratorio de Harnett ahora está estudiando lo que sucede en todos estos diferentes tipos de dendritas cuando los ratones realizan tareas de navegación.

La investigación fue financiada por una beca de doctorado de Boehringer Ingelheim Fonds, los Institutos Nacionales de Salud, el Fondo James W. y Patricia T. Poitras, el Programa de becas Klingenstein-Simons, un premio Valee Scholar y un premio McKnight Scholar.