Acoplamiento citoeléctrico. buena regulación de la función cerebral de los campos eléctricos

Resumen: Los científicos presentan una hipótesis llamada «Acoplamiento citoeléctrico», que sugiere que los campos eléctricos en el cerebro pueden manipular los componentes subcelulares neuronales para optimizar la estabilidad y la eficiencia de la red. Proponen que estos campos permitan a las neuronas ajustar la red de procesamiento de información hasta el nivel molecular.

En términos relativos, este proceso es similar a los hogares que organizan la configuración de su televisor para una experiencia de visualización óptima. Una teoría abierta a prueba podría mejorar en gran medida nuestra comprensión del funcionamiento interno del cerebro.

Hechos básicos:

1. La hipótesis del acoplamiento citoeléctrico sugiere que los campos eléctricos en el cerebro pueden ajustar la estabilidad y la eficiencia de la red al influir en los componentes subcelulares neuronales.
2. La capacidad del cerebro para adaptarse a un mundo cambiante involucra proteínas y moléculas que interactúan con los campos eléctricos generados por las neuronas.
3. Esta nueva teoría, que sugiere una conexión desde el nivel macroscópico al microscópico del cerebro, es una hipótesis comprobable que podría revolucionar nuestra comprensión de cómo funciona el cerebro.

Fuente: Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria

Para llevar a cabo sus muchas funciones, incluido el pensamiento, el cerebro trabaja a muchas escalas. La información, como objetivos o imágenes, está representada por actividad eléctrica coordinada entre redes de neuronas, mientras que una mezcla de proteínas y otras sustancias químicas dentro y alrededor de cada neurona implementa físicamente el mecanismo de participación en la red.

Un nuevo artículo de investigadores del MIT, la City University London y la Universidad Johns Hopkins postula que los campos eléctricos en 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 procesada por el cerebro tiene un papel en la regulación de la red hasta el nivel molecular», dice Earl K. Miller, profesor Picower en el Instituto Picower de Aprendizaje y Memoria en Massachusetts, coautor del artículo. Avances en Neurobiología Con el profesor asociado Dimitris Pinotsis del MIT y la City University London y el profesor Gene Friedman de Johns Hopkins.

«El cerebro se adapta a un mundo cambiante», dijo Pinotsis. «Sus proteínas y moléculas también cambian. Pueden transportar cargas eléctricas y deben llegar a las neuronas que procesan, almacenan y transmiten información a través de señales eléctricas. La interacción con los campos eléctricos de las neuronas parece ser necesaria.’

Pensando en campos

El objetivo principal del laboratorio de Miller es estudiar cómo las funciones cognitivas de alto nivel, como la memoria de trabajo, pueden surgir de forma rápida, flexible y fiable a partir de la actividad de millones de neuronas individuales.

Las neuronas son capaces de formar circuitos dinámicamente al hacer y eliminar conexiones, llamadas sinapsis, y al fortalecer o aflojar estas uniones. Pero eso es solo una «hoja de ruta» alrededor de la cual puede fluir la información, dijo Miller.

Miller descubrió que los circuitos neuronales especiales que juntos representan este o aquel pensamiento están coordinados por una actividad rítmica, más conocida coloquialmente como «ondas cerebrales» de diferentes frecuencias.

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

El laboratorio de Miller ha demostrado que las ráfagas de estas ondas sincronizadas con precisión pueden hacer predicciones, permitir la escritura, el almacenamiento y la lectura de información en la memoria de trabajo. También se corrompen cuando la memoria se está ejecutando.

El laboratorio informó evidencia de que el cerebro puede manipular con precisión los ritmos en ubicaciones físicas específicas para organizar aún más las neuronas para una cognición flexible llamada «Computación espacial».

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

acoplamiento citoeléctrico

En el nuevo estudio, los autores combinan este modelo de actividad eléctrica rítmica que coordina las redes neuronales con otras pruebas de que los campos eléctricos pueden afectar a 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 en las sinapsis. Esta diafonía eléctrica puede afectar las funciones nerviosas, incluso cuándo y si se disparan para transmitir señales eléctricas a otras neuronas en el circuito.

Miller, Pinotsis y Friedman también citan investigaciones que muestran otros efectos eléctricos 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 pueden regular las neuronas y otros elementos del cerebro que forman una red, es probable que el cerebro aproveche esta oportunidad. El cerebro puede usar los campos para asegurarse de que la red haga lo que se supone que debe hacer, sugieren los autores.

Para decirlo (ligeramente), el éxito de una cadena de televisión no es solo la capacidad de entregar una señal clara a millones de hogares. También son importantes detalles como la forma en que el hogar de cada espectador organiza su televisor, sistema de sonido y muebles de la sala de estar para maximizar la experiencia.

Tanto en esta metáfora como en el cerebro, según Miller, la presencia de una red impulsa a los participantes individuales a ajustar su infraestructura para una participación óptima.

«El acoplamiento citoeléctrico vincula la información a nivel meso y macroscópico con el nivel microscópico de proteínas que son la base molecular de la memoria», escriben los autores en el artículo.

El artículo presenta la lógica detrás del emparejamiento citoeléctrico. «Estamos proponiendo una hipótesis que cualquiera puede probar», dijo Miller.

Fondos. La investigación fue apoyada por Investigación e Innovación del Reino Unido (UKRI), la Oficina de Investigación Naval de EE. UU., la Fundación JPB y el Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria.

Sobre esta noticia de investigación en neurociencia

Autor: David Orenstein
Fuente: Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria
Contacto: David Orenstein – Instituto Pickover para el Aprendizaje y la Memoria
Imagen: Imagen acreditada a Neuroscience News

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«Acoplamiento citoeléctrico. los campos eléctricos esculpen la actividad neuronal y «regulan» la infraestructura cerebral«Earl K. Miller et al. Avances en Neurobiología

Abstracto:

Acoplamiento citoeléctrico. los campos eléctricos esculpen la actividad neuronal y «regulan» la infraestructura cerebral

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 se puede lograr mediante electrodifusión y mecanotransporte e intercambio entre energía eléctrica, potencial y química. El acoplamiento efáptico organiza la actividad neuronal, formando conjuntos neuronales a escala macro.

Esta información viaja hasta el nivel neuronal para influir en el deslizamiento y desciende hasta el nivel molecular para estabilizar el citoesqueleto, «sintonizándolo» para procesar la información de manera más eficiente.