Un estudio nanoscópico descifra cómo se organizan las conexiones neuronales

Un equipo internacional de investigadores ha reconstruido las conexiones neuronales del hipocampo en tres dimensiones y ha observado cerca de 25.000 conexiones neuronales, un avance que ayudará a comprender el funcionamiento de esta parte del cerebro fundamental en la memoria, el aprendizaje o la orientación espacial. El estudio ayudará a comprender mejor cómo el cerebro gestiona la memoria, el aprendizaje y la orientación espacial, tres aspectos que se ven afectados por patologías como la epilepsia o la enfermedad de Alzheimer. En el cerebro humano hay millones de neuronas y, cada una de ellas, forma miles de conexiones o sinapsis con otras neuronas que permiten que la información se transmita pero estudiarlas es una labor compleja que solo se puede realizar mediante microscopia electrónica y cuando hay tejido cerebral humano disponible y adecuado para ello. "El hipocampo humano se compone de varias regiones conectadas entre sí, entre las que se encuentran el subículo, CA1, CA2, CA3 y el giro dentado. El presente trabajo se ha centrado en el estudio de las conexiones neuronales en CA1. Esta es la primera región del hipocampo humano que se estudia a nivel nanoscópico. Se desconoce la organización de las sinapsis en el resto de regiones", explicó Javier De Felipe, neurobiólogo del Instituto Cajal (CSIC), que ha liderado la investigación. El estudio ha logrado realizar la primera descripción detallada de la organización sináptica del hipocampo humano, un avance que ha permitido observar como las sinapsis están agrupadas de forma más compacta en unas capas del hipocampo que en otras. También ha desvelado que la mayoría de las sinapsis son excitadoras, es decir, son conexiones que a través de señales eléctricas generan un potencial de acción, conocido como impulso nervioso, que activa a la siguiente neurona. Otra característica que los investigadores observaron de las conexiones entre neuronas es que se establecen principalmente con 'espinas' dendríticas, unas estructuras microscópicas, descubiertas por el premio Nobel Santiago Ramón y Cajal, que se encuentran en el árbol dendrítico de ciertas neuronas. Toda esta información permitirá avanzar en el modelado computacional que trata de simular la actividad del cerebro humano de manera virtual con el objetivo de comprender mejor cómo el cerebro gestiona la memoria, el aprendizaje y la orientación espacial y cómo se ve afectado por patologías como la epilepsia o la enfermedad de Alzheimer. Para hacer el estudio, los investigadores han usado un nuevo tipo de microscopio electrónico que permite hacer reconstrucciones 3D de las sinapsis del cerebro. Después, las imágenes nanoscópicas se analizan mediante la aplicación de un software desarrollado por científicos del proyecto Cajal Blue Brain, del que también forma parte los autores de este trabajo. "Utilizando microscopios electrónicos de última generación y el programa informático EspINA se consigue la reconstrucción de las sinapsis en 3D", añadió De Felipe . Tradicionalmente se han realizado investigaciones sobre la actividad del cerebro en animales, pero extrapolar los resultados al ser humano de forma fiable supone un problema para los científicos, de ahí la necesidad de observar el cerebro humano de manera directa a partir de muestras de tejido cerebral humano donadas para la investigación. Estas donaciones son fundamentales para entender el funcionamiento de las sinapsis en un cerebro sano y sus posibles alteraciones en un cerebro afectado por enfermedades neurológicas. "Conocer la organización de las sinapsis en el hipocampo humano normal es fundamental para poder entender qué alteraciones existen en las conexiones de las neuronas en patologías como la epilepsia y la enfermedad de Alzheimer, en las que el hipocampo es una de las regiones cerebrales que se encuentra severamente afectada", concluye.