Acoplamiento citoeléctrico: campos eléctricos finos

Resumen: Los científicos presentan una hipótesis denominada "acoplamiento citoeléctrico" que sugiere que los campos eléctricos dentro del cerebro pueden manipular los componentes subcelulares neuronales, optimizando la estabilidad y la eficiencia de la red. Proponen que estos campos permitan a las neuronas sintonizar la red de procesamiento de información hasta el nivel molecular.

Comparativamente, este proceso es similar a los hogares que organizan su configuración de TV para una experiencia de visualización óptima. La teoría, abierta a prueba, podría mejorar significativamente nuestra comprensión del funcionamiento interno del cerebro.

Hechos clave:

Fuente:Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria

Para producir sus muchas funciones, incluido el pensamiento, el cerebro trabaja en muchas escalas. La información, como objetivos o imágenes, se representa mediante actividad eléctrica coordinada entre redes de neuronas, mientras que dentro y alrededor de cada neurona, una mezcla de proteínas y otras sustancias químicas lleva a cabo físicamente la mecánica de participación en la red.

Un nuevo artículo de investigadores del MIT, la Universidad de la Ciudad de Londres y la Universidad Johns Hopkins postula que los campos eléctricos de la red influyen en la configuración física de los componentes subcelulares de las neuronas para optimizar la estabilidad y la eficiencia de la red, una hipótesis que los autores llaman " Acoplamiento citoeléctrico".

"La información que procesa el cerebro tiene un papel en el ajuste fino de la red hasta el nivel molecular", dijo Earl K. Miller, profesor de Picower en el Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria del MIT, coautor del artículo en Progress. en Neurobiología con el Profesor Asociado Dimitris Pinotsis del MIT y City —Universidad de Londres, y el Profesor Gene Fridman de Johns Hopkins.

"El cerebro se adapta a un mundo cambiante", dijo Pinotsis. "Sus proteínas y moléculas también cambian. Pueden tener cargas eléctricas y necesitan ponerse al día con las neuronas que procesan, almacenan y transmiten información mediante señales eléctricas. Interactuar con los campos eléctricos de las neuronas parece necesario".

Pensando en campos

Un enfoque importante del laboratorio de Miller es estudiar cómo las funciones cognitivas de alto nivel, como la memoria de trabajo, pueden emerger de manera rápida, flexible y confiable de la actividad de millones de neuronas individuales.

Las neuronas son capaces de formar circuitos dinámicamente creando y eliminando conexiones, llamadas sinapsis, así como fortaleciendo o debilitando esas uniones. Pero eso simplemente forma una "hoja de ruta" alrededor de la cual podría fluir la información, dijo Miller.

Miller descubrió que los circuitos neuronales específicos que representan colectivamente un pensamiento u otro están coordinados por una actividad rítmica, más coloquialmente conocida como "ondas cerebrales" de diferentes frecuencias.

Los ritmos "gamma" rápidos ayudan a transmitir imágenes de nuestra visión (p. ej., un muffin), mientras que las ondas "beta" más lentas pueden transmitir nuestros pensamientos más profundos sobre esa imagen (p. ej., "demasiadas calorías").

En el momento adecuado, las ráfagas de estas ondas pueden transportar predicciones, permitir escribir, retener y leer información en la memoria de trabajo, según ha demostrado el laboratorio de Miller. Se descomponen cuando la memoria de trabajo también lo hace.

El laboratorio ha informado evidencia de que el cerebro podría manipular claramente los ritmos en ubicaciones físicas específicas para organizar aún más las neuronas para una cognición flexible, un concepto llamado "Computación espacial".

Otro trabajo reciente del laboratorio ha demostrado que, si bien la participación de las neuronas individuales dentro de las redes puede ser voluble y poco confiable, la información transportada por las redes de las que forman parte está representada de manera estable por los campos eléctricos generales generados por su actividad colectiva.

acoplamiento citoeléctrico

En el nuevo estudio, los autores combinan este modelo de actividad eléctrica rítmica que coordina redes neuronales con otras líneas de evidencia de que los campos eléctricos pueden influir en las neuronas a nivel molecular.

Los investigadores, por ejemplo, han estudiado el acoplamiento efáptico, en el que las neuronas influyen en las propiedades eléctricas de las demás a través de la proximidad de sus membranas, en lugar de depender únicamente de los intercambios electroquímicos a través de las sinapsis. Esta diafonía eléctrica puede afectar las funciones neuronales, incluido cuándo y si se disparan para transmitir señales eléctricas a otras neuronas en un circuito.

Miller, Pinotsis y Fridman también citan investigaciones que muestran otras influencias eléctricas en las células y sus componentes, incluida la forma en que los campos guían el desarrollo neuronal y que los microtúbulos pueden alinearse con ellos.

Si el cerebro transporta información en campos eléctricos y esos campos eléctricos son capaces de configurar neuronas y otros elementos en el cerebro que forman una red, entonces es probable que el cerebro use esta capacidad. El cerebro puede usar campos para garantizar que la red haga lo que se supone que debe hacer, sugieren los autores.

Para decirlo (vagamente) en términos de teleadicto, el éxito de una red de televisión no es solo su capacidad para transmitir una señal clara a millones de hogares. Lo que también es importante son los detalles, tan finos como la forma en que cada hogar de espectadores organiza su televisor, sistema de sonido y muebles de sala para maximizar la experiencia.

Tanto en esta metáfora como en el cerebro, dijo Miller, la presencia de la red motiva a los participantes individuales a configurar su propia infraestructura para participar de manera óptima.

"El acoplamiento citoeléctrico conecta la información a nivel meso y macroscópico hasta el nivel microscópico de proteínas que son la base molecular de la memoria", escribieron los autores en el artículo.

El artículo expone la lógica que inspira el Acoplamiento Citoeléctrico. "Estamos ofreciendo una hipótesis que cualquiera puede probar", dijo Miller.

Fondos:El apoyo para la investigación provino de Investigación e Innovación del Reino Unido (UKRI), la Oficina de Investigación Naval de los Estados Unidos, la Fundación JPB y el Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria.

Autor:David OrensteinFuente:Instituto Picower para el Aprendizaje y la MemoriaContacto:David Orenstein – Instituto Picower para el Aprendizaje y la MemoriaImagen:La imagen está acreditada a Neuroscience News.

Investigacion original: Acceso abierto. "Acoplamiento citoeléctrico: los campos eléctricos esculpen la actividad neuronal y "sintonizan" la infraestructura del cerebro" por Earl K. Miller et al. Avances en Neurobiología

Abstracto

Acoplamiento citoeléctrico: los campos eléctricos esculpen la actividad neuronal y "sintonizan" la infraestructura del cerebro

Proponemos y presentamos evidencia convergente para la hipótesis del acoplamiento citoeléctrico: los campos eléctricos generados por las neuronas son causales hasta el nivel del citoesqueleto.

Esto podría lograrse mediante electrodifusión y mecanotransducción e intercambios entre energía eléctrica, potencial y química. El acoplamiento efáptico organiza la actividad neuronal, formando conjuntos neuronales a nivel de macroescala.

Esta información se propaga al nivel de las neuronas, lo que afecta a los picos, y baja al nivel molecular para estabilizar el citoesqueleto, "sintonizándolo" para procesar la información de manera más eficiente.

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