Un estudio en ratones proporciona información sobre cómo se ajusta la actividad cerebral a lo largo del ciclo de sueño y vigilia

Usando un modelo de ratón, los investigadores han descubierto un nuevo ritmo diario en un tipo de sinapsis que amortigua la actividad cerebral. Conocidas como sinapsis inhibitorias, estas conexiones neuronales se reequilibran para que podamos consolidar nueva información en recuerdos duraderos durante el sueño. Los hallazgos, publicados en PLOS Biología, puede ayudar a explicar cómo los cambios sinápticos sutiles mejoran la memoria en los humanos. El estudio fue dirigido por investigadores del Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares (NINDS), parte de los Institutos Nacionales de Salud.

«La inhibición es importante para todos los aspectos de la función cerebral. Pero durante más de dos décadas, la mayoría de los estudios del sueño se han centrado en comprender las sinapsis excitatorias», dijo el Dr. Wei Lu, investigador principal del NINDS. «Este es el primer estudio que intenta comprender cómo el sueño y la vigilia regulan las sinapsis inhibidoras».

En el estudio, Kunwei Wu, Ph.D., becario postdoctoral en el laboratorio del Dr. Lu, examinó lo que sucede en las sinapsis inhibitorias durante el sueño y la vigilia en ratones. Los registros eléctricos de las neuronas en el hipocampo, una región del cerebro importante para la formación de la memoria, mostraron un patrón de actividad previamente no apreciado. Durante la vigilia, la actividad inhibidora «tónica» constante aumentó, mientras que la inhibición «fásica» rápida disminuyó. También encontraron una mejora dependiente de la actividad mucho mayor de las respuestas eléctricas inhibitorias en las neuronas de los ratones despiertos, lo que sugiere que la vigilia, pero no el sueño, podría fortalecer estas sinapsis en mayor grado.

Las neuronas inhibitorias usan el neurotransmisor ácido gamma-aminobutírico (GABA) para disminuir la actividad en el sistema nervioso. En las sinapsis inhibitorias, estas neuronas liberan moléculas de GABA en la hendidura sináptica, el espacio entre las neuronas donde se difunden los neurotransmisores. Las moléculas se unen a los receptores GABA tipo A (GABAA) en la superficie de las neuronas excitatorias vecinas, lo que las hace menos propensas a activarse.

Otros experimentos demostraron que los cambios sinápticos durante la vigilia estaban impulsados ​​por un mayor número de receptores α5-GABAA. Cuando los receptores se bloquearon en ratones despiertos, disminuyó la mejora dependiente de la actividad de las respuestas eléctricas fásicas. Esto sugiere que la acumulación de receptores GABAA durante la vigilia puede ser clave para desarrollar sinapsis inhibitorias más fuertes y eficientes, un proceso fundamental conocido como plasticidad sináptica.

«Cuando estás aprendiendo nueva información durante el día, las neuronas son bombardeadas con señales excitatorias de la corteza y muchas otras áreas del cerebro. Para convertir esta información en una memoria, primero debes regularla y refinarla, ahí es donde entra la inhibición. «, dijo el Dr. Lu.

Estudios anteriores han demostrado que los cambios sinápticos en el hipocampo pueden ser impulsados ​​por señales que surgen de las interneuronas inhibitorias, un tipo especial de célula que comprende solo alrededor del 10 al 20% de las neuronas en el cerebro. Hay más de 20 subtipos diferentes de interneuronas en el hipocampo, pero estudios recientes han destacado dos tipos, conocidos como parvalbúmina y somatostatina, que están críticamente involucrados en la regulación de las sinapsis.

Para identificar qué interneurona era responsable de la plasticidad que observaron, el equipo del Dr. Lu utilizó la optogenética, una técnica que utiliza la luz para encender o apagar las células, y descubrió que la vigilia generaba más receptores α5-GABAA y conexiones más fuertes de la parvalbúmina, pero no somatostatina, interneuronas.

Los humanos y los ratones comparten circuitos neuronales similares que subyacen al almacenamiento de la memoria y otros procesos cognitivos esenciales. Este mecanismo puede ser una forma de que las entradas inhibitorias controlen con precisión el flujo y reflujo de la información entre las neuronas y en todas las redes cerebrales.

«La inhibición es en realidad bastante poderosa porque permite que el cerebro funcione de una manera afinada, lo que esencialmente subyace a toda la cognición», dijo el Dr. Lu.

Debido a que la inhibición es esencial para casi todos los aspectos de la función cerebral, este estudio podría contribuir a ayudar a los científicos a comprender no solo los ciclos de sueño y vigilia, sino también los trastornos neurológicos arraigados en ritmos cerebrales anormales, como la epilepsia.

En el futuro, el grupo del Dr. Lu planea explorar la base molecular del tráfico del receptor GABAA hacia las sinapsis inhibitorias.