Células cerebrales que nacen juntas conectan y disparan juntas de por vida

Es más probable que las células cerebrales con la misma «fecha de nacimiento» se conecten en circuitos de señalización cooperativos que llevan a cabo muchas funciones, incluido el almacenamiento de recuerdos, encuentra un nuevo estudio.

Dirigido por investigadores de la Escuela de Medicina Grossman de la NYU, el nuevo estudio sobre los cerebros de ratones que se desarrollan en el útero encontró que las células cerebrales (neuronas) con la misma fecha de nacimiento mostraron una conectividad y actividad distintas a lo largo de la vida adulta de los animales, ya sea que estuvieran dormidos o despierto.

Publicado en línea el 22 de agosto en Neurociencia de la naturaleza, los hallazgos sugieren que la evolución aprovechó el nacimiento ordenado de las neuronas, por día de gestación, para formar microcircuitos localizados en el hipocampo, la región del cerebro que forma los recuerdos. En lugar de intentar crear cada nuevo recuerdo desde cero, sugieren los investigadores, el cerebro puede explotar la formación gradual de capas neuronales para establecer plantillas neuronales, como «piezas de Lego», que hacen coincidir cada nueva experiencia con una plantilla existente a medida que se recuerda.

Estas reglas de ensamblaje de circuitos sugerirían que las células que nacen juntas tienen más probabilidades de codificar recuerdos juntas y fallar juntas, lo que podría implicar la fecha de nacimiento neuronal en enfermedades como el autismo y el Alzheimer, dicen los autores. Con cambios en la cantidad de células que nacen en diferentes días, el cerebro en desarrollo puede ser más vulnerable en algunos días de gestación a infecciones virales, toxinas o alcohol.

«Los resultados de nuestro estudio sugieren que el día en que nace una neurona del hipocampo influye fuertemente tanto en el rendimiento de esa célula individual como en la forma en que las poblaciones de dichas células se comunican entre sí a lo largo de la vida», dice el autor principal del estudio, György Buzsáki, MD, Ph.D., the Biggs Profesor del Departamento de Neurociencia y Fisiología de NYU Langone Health. «Este trabajo puede remodelar la forma en que estudiamos los trastornos del neurodesarrollo, que tradicionalmente se han analizado a través de una lente molecular o genética, en lugar de una lente de desarrollo», dice Buzsáki, también miembro de la facultad en el Instituto de Neurociencia de NYU Langone.

Nuevo entendimiento

La innovación del estudio actual se basa en el seguimiento de la actividad de las neuronas de una fecha de nacimiento determinada hasta la edad adulta. Para lograr esto, los investigadores se basaron en una técnica que les permitió transferir ADN a células que se estaban dividiendo en neuronas en el útero. El ADN expresó marcadores que etiquetaron las células cerebrales que nacieron el mismo día, similar a un código de barras. Este método de etiquetado permitió a los investigadores estudiar estas neuronas en el animal adulto.

Usando una combinación de técnicas, el nuevo estudio encontró que las neuronas de la misma fecha de nacimiento tienden a «co-dispararse» juntas, lo que se caracteriza por cambios sincronizados en sus cargas positivas y negativas, lo que les permite transmitir señales eléctricas colectivamente. Una razón probable del disparo conjunto, dicen los autores, es que las neuronas con la misma fecha de nacimiento están conectadas a través de neuronas compartidas.

El trabajo anterior había demostrado que la actividad en el hipocampo se puede describir en términos de patrones de actividad neuronal colectiva durante la vigilia y el sueño. Durante el sueño, por ejemplo, cuando los recuerdos de cada día se consolidan para el almacenamiento de la memoria a largo plazo, las neuronas del hipocampo se involucran en un estallido cíclico de actividad llamado «ondulación de onda aguda», llamada así por la forma que toma cuando se captura gráficamente por EEG, un tecnología que registra la actividad cerebral con electrodos.

«Nuestros resultados muestran que las neuronas nacidas el mismo día se vuelven parte de los mismos ensamblajes cooperantes, participan en las mismas ondas de onda aguda y representan los mismos recuerdos», dice el primer autor Roman Huszár, estudiante graduado en el laboratorio de Buzsáki. «Estas relaciones, y las plantillas preestablecidas que codifican, tienen una implicación clave para la función del hipocampo: el almacenamiento de un recuerdo sobre un lugar o evento».

En el futuro, el equipo planea experimentos adicionales para identificar los genes activos en las neuronas de la misma fecha de nacimiento en diferentes regiones del cerebro y para probar su papel en la formación de la memoria y el comportamiento.

Junto con Buzsáki y Huszár, los otros autores del estudio fueron Yunchang Zhang del Instituto de Neurociencia de la NYU y el Centro de Ciencias Neurales de la Universidad de Nueva York; y Heike Blockus del Departamento de Neurociencia y el Instituto Zuckerman Mind Brain Behavior de la Universidad de Columbia.