Un nuevo estudio realizado por neurocientíficos del MIT, arroja luz sobre un circuito neural que nos hace más tendentes a recordar lo que estamos viendo, cuando nuestros cerebros están en un estado más atento.

El equipo de neurocientíficos ha descubierto que este circuito depende de un tipo de célula larga del cerebro que se pensaba que su papel era, a lo sumo, de apoyo en el procesamiento neuronal. Cuando el cerebro está atento, las células llamadas astrocitos, envían mensajes de alerta a las neuronas de la corteza visual para que respondan enérgicamente a cualquier información visual que reciban.

Los resultados, publicados esta semana en la edición digital de Proceedings of the National Academy of Sciences, es lo último de un creciente cuerpo de evidencias que sugiere que los astrocitos son de importancia fundamental para el procesamiento de la información sensorial, afirma Mriganka Sur, junto a Paul E. y Lilah Newton, profesor de neurociencia del MIT y autor principal del artículo.

El laboratorio de Sur ha estado estudiando los astrocitos durante unos cinco años, debido a su gran interés por la revelación de funciones de los diferentes tipos de células de la corteza. Las células con forma de estrella se descubrieron y nombraron hace 150 años, pero desde entonces «ha sido un misterio lo que hacen», dice el Sur, que es miembro del Instituto Picower de Aprendizaje y Memoria y director del Centro de Simons Social Brain en el MIT. Los autores principales del artículo son el estudiante graduado Naiyan Chen y la investigador Hiroki Sugihara. Otros autores son Jitendra Sharma, Gertrudis Perea y Jeremy Petravicz, y un asistente técnico, Chuong Le.

La atención fortalece la respuesta

En este estudio, los investigadores se centraron en qué hacen los astrocitos cuando del cerebro es estimulado a prestar atención a un determinado estímulo visual. Cuando alguien está prestando mucha atención a algo, el núcleo basalis (una estructura situada profundamente dentro del cerebro, detrás de los ojos), inunda el cerebro con un neurotransmisor llamado acetilcolina. Parte de esta acetilcolina se dirige a los astrocitos de la corteza visual.

Para explorar cómo los astrocitos reaccionan a este estímulo, los investigadores midieron lo que pasaba en la corteza visual, tal como lo mostraban los varios patrones visuales de los ratones, compuestos por líneas paralelas orientadas en diferentes direcciones. En uno de estos patrones visuales, también provocaron que el núcleo basalis liberase la acetilcolina simultáneamente. Y esto aumentaba enormemente los niveles de calcio en los astrocitos, indicando una gran actividad.

Cuando se mostraron los mismos estímulos a los ratones unos minutos más tarde, el patrón que se había sido presentado junto con la estimulación de la acetilcolina provocaba una respuesta mucho más fuerte en las neuronas de la corteza visual que los otros patrones.

Más tarde, hicieron la misma prueba en ratones genéticamente modificados, cuyos astrocitos eran deshabilitados. En los ratones, la acetilcolina liberada por el núcleo basalis no fortaleció ninguna respuesta neuronal a los estímulos visuales.

«Si uno está prestando atención a algo, lo que causa esta liberación de acetilcolina, le lleva a un recuerdo duradero de ese estímulo. Si elimina los astrocitos, eso no ocurre», explica Sur.

El efecto de refuerzo tiene una duración de decenas de minutos, después de lo cual, las neuronas vuelven a su nivel de actividad original en respuesta al estímulo seleccionado.

«Más directamente que ningún otro estudio hasta la fecha, ilustra el papel crucial de los astrocitos en la plasticidad», señala Michael Merzenich, profesor emérito de neurociencia en la Universidad de California, San Francisco, que no tomó parte del equipo de investigación. «Es una demostración cristalina».

Los principales actores de los trastornos cerebrales

Ya se sabe que los niveles de acetilcolina caen en los cerebros de pacientes con la enfermedad de Alzheimer. De hecho, un tratamiento usado comúnmente que puede mejorar la memoria en pacientes con Alzheimer, es un fármaco que bloquea la degradación de la acetilcolina. En un estudio de seguimiento, los investigadores planearon estudiar cómo los astrocitos se ven afectados en modelos de ratón con la enfermedad de Alzheimer.

El laboratorio de Sur también está estudiando los efectos de la estimulación del núcleo basalis sobre las neuronas inhibitorias. Estos efectos se cree que son más a corto plazo, de pocos segundos o fracciones de segundo.

«No se pueden comprender los trastornos cerebrales sin entender los mecanismos básicos de la función cerebral cortical», subraya Sur. «Estos tipos de células (los astrocitos, las neuronas inhibitorias), de manera inesperada, se están convirtiendo en actores principales de los trastornos cerebrales».

– Diario de referencia: Proceedings of the National Academy of Sciences . 
– Fuente: Massachusetts Institute of Technology.
– Imagen: Astrocito, célula humana. Credit: Wikipedia/Bruno Pascal 

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