Científicos de Harvard cartografían en tiempo real las señales de voltaje en las dendritas cerebrales de organismos vivos

Comprender cómo las neuronas individuales procesan información y aprenden requiere saber exactamente cómo viajan las señales eléctricas a través de sus elaboradas estructuras ramificadas, denominadas dendritas. Estas ramas tanto reciben señales de miles de otras neuronas como transmiten pulsos de retroalimentación desde el cuerpo celular. Hasta ahora, mapear esta dinámica en un animal vivo había estado técnicamente fuera del alcance.

Investigadores de Harvard University y Janelia Research Campus combinaron estimulación dirigida activada por luz con una sofisticada técnica de imagen de voltaje en dos planos simultáneos para observar al mismo tiempo la actividad eléctrica dendrítica y somática (del cuerpo celular) en neuronas piramidales de la capa cortical 2/3 de ratones tanto anestesiados como despiertos. Registraron señales espontáneas, evocadas sensorialmente y desencadenadas optogenéticamente a lo largo de todo el árbol dendrítico.

El hallazgo principal desafía un supuesto ampliamente aceptado: en lugar de que distintas ramas dendríticas actúen como unidades de cómputo eléctricamente aisladas, los investigadores encontraron que el voltaje de membrana estaba ampliamente correlacionado a lo largo de todo el árbol. La compartimentación dentro de cada rama individual resultó ser sorprendentemente débil. Sin embargo, descubrieron un potente efecto dependiente del historial de actividad: los potenciales de acción retropropagados (pulsos eléctricos que viajan desde el cuerpo celular de regreso hacia las dendritas) penetraban con mucha menor eficacia en las ramas distales tras ráfagas de disparo recientes.

Este filtrado de señales hacia las dendritas distales, dependiente del historial de disparo, podría actuar como una compuerta dinámica que regula cuándo y dónde se desencadena la plasticidad sináptica. En esencia, la actividad reciente de una neurona determina con qué intensidad las señales posteriores influyen en sus propias reglas de aprendizaje, un mecanismo que podría sustentar la plasticidad dependiente de ráfagas, uno de los marcos teóricos más destacados para explicar cómo las sinapsis se fortalecen durante el aprendizaje.

Para la investigación sobre la salud cerebral y la longevidad cognitiva, estos hallazgos son relevantes porque las reglas de plasticidad gobiernan la formación de la memoria, el aprendizaje y la reparación neural. Las alteraciones en la señalización dendrítica están implicadas en la enfermedad de Alzheimer y otras afecciones neurodegenerativas. Este trabajo proporciona una nueva base técnica para estudiar dichas alteraciones a nivel celular en tejido vivo.