Si un cerebro es nuestra Tierra, entonces nosotros, como habitantes, somos células cerebrales individuales.
Así como nuestras relaciones y conexiones humanas pueden empujar, empujar o cambiar drásticamente los valores y las consecuencias sociales, las conexiones entre las neuronas forman redes complejas que dictan el resultado de su mente. Tus pensamientos, recuerdos, comportamientos; sus valores, su visión del mundo, su salud mental: todo lo que lo convierte en usted se calcula y almacena en estas conexiones, llamadas sinapsis, que salpican nuestros cerebros como miles de millones de estrellas en el cielo nocturno.
Si un conectoma, una instantánea a gran escala de todas sus conexiones neuronales, es una "copia" suelta de usted en un momento dado, las sinapsis son una representación fluida de cómo cambia y crece a través del tiempo. Al igual que las conexiones humanas, las sinapsis vienen en diferentes variedades y evolucionan a medida que envejecemos. Sin embargo, hasta ahora, capturar cómo cambian estas sinapsis a medida que avanzamos en el tiempo ha sido casi imposible.
La semana pasada, en un tour-de-force tecnológico, un equipo europeo del Reino Unido, Francia y Suecia, dirigido por el Dr. Seth GN Grant en la Universidad de Edimburgo, redefinió la imposibilidad con un artículo en Ciencia. Al observar los cerebros de los ratones a diferentes edades (un día, una semana y hasta una edad avanzada de 18 meses), el equipo construyó mapas de aproximadamente 5 mil millones de sinapsis, delineando una línea de tiempo de su diversidad y números en más de 100 cerebros diferentes. regiones con la edad.
Si los mapas cerebrales anteriores eran mapas en papel o Google Maps donde podría acercarse en un solo momento en el tiempo, el mapa sináptico de este equipo es un documental (o la piedra del tiempo de Doctor Strange) que le permite desplazarse y examinar las sinapsis a través del tiempo.
Impresionantes imágenes a un lado, el trabajo está destinado a revelar algunos de los secretos más profundos de nuestros cerebros a medida que crecemos y envejecemos. ¿Por qué, por ejemplo, las personas generalmente desarrollan autismo en la infancia, pero esquizofrenia en la edad adulta? ¿Por qué nuestros recuerdos y habilidades cognitivas fallan gradualmente con la edad? Estas respuestas pueden estar en cómo nuestras sinapsis, y por lo tanto, los cálculos de nuestro cerebro, cambian a medida que envejecemos.
"El cerebro es lo más complejo que conocemos y entenderlo a este nivel de detalle es un paso importante", dijo Grant. "Creemos que estos hallazgos serán fundamentales para ayudar a comprender por qué el cerebro es susceptible a las enfermedades en diferentes momentos de la vida y cómo cambia el cerebro a medida que envejecemos".
El enigma sináptico
Aunque las neuronas a menudo se llaman la " unidad computacional básica " del cerebro, recientemente los científicos han comenzado a cuestionarse si ese es realmente el caso. Las neuronas son un poco como una red de procesadores de computadora, con partes físicas individuales que realizan cálculos diferentes que otras. A pesar de estas complejidades, la sinapsis es donde una neurona se conecta y chatea con otra.
Una sinapsis es un dispositivo en crecimiento y cambiante, capaz de almacenar información mientras se altera cómo se transmite esa información. Cuando las neuronas se "conectan" a las redes, que se cree que son la base del hardware de cómo pensamos, no se conectan físicamente entre sí. Más bien, las sinapsis entre dos neuronas cambian la frecuencia con la que se hablarán entre sí: si una neurona corriente arriba transmite información de manera confiable a su pareja corriente abajo, entonces las dos están "conectadas". Si las dos neuronas no forman un enlace, entonces la sinapsis cambia físicamente para reducir la posibilidad de que las dos se conecten.
Si eso todavía suena ondulado, imagina una sinapsis como dos comunidades extremadamente íntimas. Uno está en la neurona corriente arriba, el otro en la neurona corriente abajo. Los dos están separados por una brecha, una trinchera o una especie de río, a la que ambos lados pueden enviar mensajeros en naves espaciales burbujeantes para comunicarse entre sí. Cada comunidad está compuesta por cientos de proteínas. Si alguno se vuelve loco, puede causar más de 130 tipos diferentes de enfermedades cerebrales.
Ya sabemos que la alteración de las proteínas de "andamio" de las sinapsis puede causar muchos trastornos cerebrales, pero la forma en que estas comunidades cambian con el tiempo es realmente misteriosa, explicaron los autores.
Un mapa del tiempo del cerebro
En su nuevo estudio, el equipo construyó un mapa de tiempo de sinapsis en el cerebro del ratón, que llaman la "arquitectura de sinaptomo de vida útil" o LSA. El proyecto es parte del Mouse Lifespan Synaptome Atlas , que viene con una variedad de herramientas para que los investigadores profundicen para comprender mejor cómo envejecen nuestros cerebros con el tiempo.
Para construir su línea de tiempo sináptica, el equipo analizó el cerebro de un tipo de ratones transgénicos que tienen algunas proteínas en sus sinapsis resaltadas con una proteína fluorescente. El equipo eligió diez puntos en su vida útil, cubriendo todo el rango de recién nacidos, adolescentes, adultos y ancianos.
Bajo el microscopio, observaron diferentes tipos de sinapsis en todo el cerebro, en función de su composición proteica y su apariencia general. En general, encontraron 37 tipos distintivos de sinapsis para rastrear, que se dispersaron en 109 regiones cerebrales diferentes con 12 "distritos" principales.
Inmediatamente, el equipo encontró cambios dramáticos en las poblaciones sinápticas del cerebro a lo largo de la vida. En términos generales, dijo el equipo, los cambios a lo largo de la vida se presentan en tres fases. Desde el nacimiento hasta el mes de edad, la cantidad de sinapsis y su complejidad aumentan dramáticamente a medida que el cerebro configura su arquitectura informática. En la segunda fase, desde la edad adulta hasta la mediana edad, las sinapsis permanecen relativamente estables. Finalmente, al final de la vida adulta, disminuyen tanto en número como en tamaño.
Crédito: Seth Grant, Universidad de Edimburgo.
Pero las partes interesantes llegaron cuando los investigadores investigaron más a fondo. Cada región del cerebro era más o menos un estado o nación separada, con su propia programación y cronograma de cambios de sinapsis hasta aproximadamente tres meses después del nacimiento. En lugar de una meseta de ciudadanos sinápticos, cada región del cerebro tiene varias oleadas de diversos cambios de sinapsis.
Se vuelve aún más intrincado. Dentro del hipocampo, la región del cerebro que registra los recuerdos cotidianos de su vida, los tipos de proteínas que componen la sinapsis también cambian dentro de un lapso de vida. Estos cambios parecen influir en la salida eléctrica del hipocampo y, por lo tanto, computacional. Es algo análogo a descubrir que una región del cerebro cambia en su composición poblacional y, por lo tanto, en sus normas étnicas y culturales a través de las generaciones.
En conjunto, la forma en que cambian las sinapsis del cerebro en el espacio y el tiempo, dijeron los autores, podría explicar las "transiciones de la vida útil en la capacidad intelectual, la memoria y la susceptibilidad a los trastornos del comportamiento".
Crédito: Zhen Qui y Seth Grant University of Edinburgh
Todos cambiamos
En cierto modo, tal vez estos resultados no sean tan sorprendentes. Todos cambiamos, somos personas algo diferentes en diferentes fases de nuestras vidas.
Sin embargo, es notable que podamos capturar estos cambios como encarnaciones físicas dentro de los cerebros reales. Los cambios en las sinapsis alteran las redes cerebrales, dijeron los autores, que son potencialmente relevantes para la "trayectoria de las funciones cognitivas descritas en los estudios de vida del comportamiento humano". No eres tu conectoma; La historia de tu vida está escrita en los cambios de sinapsis que conforman tu conectoma.
Al investigar los componentes físicos de nuestras mentes, el estudio proporciona una serie de herramientas para ayudar a otros a hacer lo mismo, en diferentes tipos de sinapsis. El recurso, ofrecido gratuitamente a los investigadores, abre la puerta a la construcción de un documental de la mente con sorprendente detalle; ahora hemos dejado la era del mapeo cerebral donde solo miramos los cuadros congelados a tiempo.
Crédito de la imagen del banner: Zhen Qui y Seth Grant, Universidad de Edimburgo