Silencio para pensar: Redes especiales de interneuronas en el cerebro humano

El análisis del cerebro humano es un objetivo central de la neurociencia. Sin embargo, por razones metodológicas, la investigación se ha centrado en gran medida en organismos modelo, en particular, el ratón. Ahora, los neurocientíficos han obtenido nuevos conocimientos sobre los circuitos neuronales humanos utilizando tejido obtenido de intervenciones neuroquirúrgicas. Los datos del microscopio electrónico tridimensional revelaron una nueva red ampliada de interneuronas en humanos en comparación con el ratón. El descubrimiento de este componente prominente de la red en la corteza humana fomenta un análisis más detallado de su función en la salud y la enfermedad.

A primera vista, los cerebros de ratones y humanos son sorprendentemente similares: las células nerviosas que forman nuestro cerebro tienen formas y propiedades muy similares, los mecanismos moleculares de excitación eléctrica están muy conservados y muchos fenómenos biofísicos que se encuentran en otras especies parecen aplicarse también a cerebros humanos «Entonces, ¿es principalmente el hecho de que nuestros cerebros son 1000 veces más grandes y albergan 1000 veces más células nerviosas lo que nos permite jugar al ajedrez y escribir libros para niños, algo que los ratones posiblemente no pueden hacer?» pregunta Moritz Helmstaedter, director del Instituto Max Planck para la Investigación del Cerebro (Fráncfort) que dirigió el nuevo estudio publicado el 23 de junio en la revista Ciencias.

Al analizar las redes neuronales en ratones, monos y humanos y mapear su estructura completa en biopsias de tejido cerebral, los llamados conectomas, Helmstaedter y su equipo han descubierto que las redes corticales humanas han desarrollado un nuevo tipo de red neuronal que está esencialmente ausente en los ratones. Esta red neuronal se basa en abundantes conexiones entre interneuronas inhibidoras.

Usando biopsias de intervenciones neuroquirúrgicas, realizadas por el neurocirujano Hanno-Sebastian Meyer y su equipo en TU Munich, los investigadores aplicaron microscopía electrónica tridimensional para mapear alrededor de un millón de sinapsis en muestras de cerebro humano. Sus datos revelaron, en humanos, un sesgo inesperado de las interneuronas (enriquecidas en humanos) que se conectan entre sí, mientras que la inervación (conexiones sinápticas) de las neuronas principales se mantuvo en gran medida similar. «Esto nos sugiere una expansión de casi diez veces de una red de interneurona a interneurona», dice Sahil Loomba, uno de los autores principales del estudio.

«Las interneuronas forman alrededor de un cuarto a un tercio de las células nerviosas corticales que se comportan de una manera muy peculiar: sin embargo, son muy activas, no para activar otras neuronas, sino para silenciarlas. Al igual que los cuidadores de un jardín de infantes o los guardias en el museo: su actividad muy laboriosa y que consume mucha energía es mantener a los demás en paz, tranquilos», explica Helmstaedter. «Ahora imagine una sala llena de guardias de museo, todos silenciados mutuamente. ¡Esto es lo que ha desarrollado el cerebro humano!»

Pero, ¿qué podría significar esto? El trabajo teórico ha sugerido que tales redes de silenciadores pueden prolongar el tiempo durante el cual los eventos recientes pueden mantenerse en la red neuronal: expandir la memoria de trabajo. «De hecho, es muy probable que una memoria de trabajo más larga lo ayude a lidiar con tareas más complejas y a expandir su capacidad de razonamiento», dice Helmstaedter. El nuevo descubrimiento sugiere una primera innovación de red clara en humanos que merece un estudio más intenso. Agrega que «también podría ser un sitio de cambio patológico, y debe estudiarse en el contexto de los trastornos neuropsiquiátricos. Y por último, pero no menos importante: ninguno de los principales métodos de IA de hoy en día utiliza tales redes de interneurona a interneurona».