Neurocientíficos del Colegio Universitario de Londres (UCL), han descubierto que existe un patrón simple que describe la forma de árbol de todas las neuronas.

Patrón de forma neuronal: los puntos de  destino (rojo), distribuidos en un volumen esférico y conectados para optimizar el cableado en un árbol (negro)  (Crédito: H. Cuntz et al / PNAS)

Las neuronas se parecen mucho a la forma de los árboles y se conectan a otras células con muchas ramas que, de hecho, actúan como cables de un circuito eléctrico, transportando los impulsos que representan la sensación, la emoción, el pensamiento y la acción.

Hace más de 100 años, Santiago Ramón y Cajal, el padre de la neurociencia moderna, trató de describir de manera sistemática las formas de las neuronas, y estaba convencido de que tenía que haber un principio unificador bajo toda esa diversidad.

Cajal propuso que las neuronas extendían sus ramas, como si de un pequeño cableado se tratase, para llegar a otras células de la red. Al reducir la cantidad de cableado entre las células proporcionaría un espacio adicional para incluir más neuronas en el cerebro, y por tanto, aumentaría su poder de procesamiento.

Este nuevo trabajo de los neurocientíficos de UCL ha vuelto a esta hipótesis de más de un siglo de antigüedad, pero usando los modernos métodos de cálculo. Ellos demuestran que con un simple programa de computador que conecta los puntos como un pequeño cableado puede producir formas como la de los árboles, indistinguibles de las neuronas reales, y dicho sea de paso, también resultan ser muy hermosas.

También demuestran que la forma de las neuronas sigue una simple relación matemática, llamada ley de potencias [1]: Las dendritas crecen para llenar un espacio objetivo de la manera más óptima y, similar a la expansión de un árbol, usando la menor cantidad de posible de cableado para alcanzar a todos sus contactos sinápticos.

Las leyes de potencias han demostrado que ser comunes a todo el mundo natural y, a menudo, apuntan a reglas simples que subyacen a las estructuras complejas. El Dr. Herman Cuntz (UCL Wolfson Institute for Biomedical Research) y sus colegas, encontraron que la ley de potencias conserva su validez en muchos tipos de neuronas de todo el reino animal, ofreciendo una fuerte evidencia del principio general de Ramón y Cajal.

El equipo del UCL testeó la teoría con el examen de las neuronas del bulbo olfatario, una parte del cerebro donde se forman constantemente nuevas células cerebrales. Estas neuronas crecen y forman nuevas conexiones incluso en el cerebro adulto, y por tanto proporcionan una ventana única a las reglas que hay trás el desarrollo de los árboles neurales en un circuito neuronal maduro.

El equipo analizó los cambios de forma de las neuronas olfativas recién nacidas durante varios días, y descubrió que el crecimiento de éstas también sigue la ley de potencias, proveyendo de una prueba más que apoya la teoría.

«El objetivo final de la neurociencia es comprender cómo la impenetrable selva neuronal puede dar lugar a la complejidad de la conducta», señaló Cuntz. «Nuestros hallazgos confirman el alcance original de la perspectiva de Cajal respecto a que hay un patrón simple detrás de los circuitos, y proporciona la esperanza de que los neurocientíficos puedan algún día ser capaces de ver el bosque más allá de los árboles.»

[1] Una ley de potencia 2/3: L = (3/4π)1/3 x V1/3n2/3 donde n es el número de secciones dendríticas para formar el árbol, L es la longitud total de estas secciones, y V es el volumen total.

– Diario de referencia: Hermann Cuntza, Alexandre Mathya, and Michael Häusser, A scaling law derived from optimal dendritic wiring, PNAS, 2012, DOI: 10.1073/pnas.1200430109

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