La plasticidad cerebral permite aprender durante toda la vida
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Los filopodios son un sustrato estructural para las sinapsis silenciosas en la neocorteza adulta Resumen Las sinapsis excitatorias recién generadas en la corteza de los mamíferos carecen de suficientes receptores de glutamato de tipo AMPA para mediar en la neurotransmisión, lo que da como resultado sinapsis funcionalmente silenciosas que requieren plasticidad dependiente de la actividad para madurar. Las sinapsis silenciosas son abundantes en el desarrollo temprano, durante el cual median en la formación y el refinamiento de circuitos, pero se cree que son escasas en la edad adulta1. Sin embargo, los adultos conservan una capacidad de plasticidad neuronal y aprendizaje flexible que sugiere que la formación de nuevas conexiones aún prevalece. Aquí utilizamos imágenes de proteínas de súper resolución para visualizar proteínas sinápticas en 2234 sinapsis de neuronas piramidales de capa 5 en la corteza visual primaria de ratones adultos. Inesperadamente, alrededor del 25% de estas sinapsis carecen de receptores AMPA. Estas supuestas sinapsis silenciosas estaban ubicadas en las puntas de protuberancias dendríticas delgadas, conocidas como filopodios, que eran más abundantes en un orden de magnitud de lo que se creía anteriormente (que comprenden aproximadamente el 30% de todas las protuberancias dendríticas). Los experimentos fisiológicos revelaron que los filopodios de hecho carecen de transmisión mediada por el receptor AMPA, pero exhiben transmisión sináptica mediada por el receptor NMDA. Además, demostramos que las sinapsis funcionalmente silenciosas en los filopodios se pueden silenciar a través de la plasticidad de Hebbian, reclutando nuevas conexiones activas en la matriz de entrada de una neurona. Estos resultados desafían el modelo de que la conectividad funcional se fija en gran medida en la corteza adulta y demuestran un nuevo mecanismo para el control flexible del cableado sináptico que amplía las capacidades de aprendizaje del cerebro maduro. |
Filopodia (singular filopodium) son protuberancias de membrana delgada que actúan como antenas para que una célula sondee el entorno circundante. Los filopodios que no sobresalen están mecánicamente relacionados con las micropuntas. Los filopodios se encuentran comúnmente incrustados o sobresaliendo del lamelliopodio en el frente libre de las láminas de tejido migratorio. Los filopodios también son prominentes en los conos de crecimiento de neuritas y en células individuales como los fibroblastos.
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Los neurocientíficos del MIT han descubierto que el cerebro adulto contiene millones de "sinapsis silenciosas", conexiones inmaduras entre neuronas que permanecen inactivas hasta que son reclutadas para ayudar a formar nuevos recuerdos.
Hasta ahora, se creía que las sinapsis silenciosas estaban presentes solo durante el desarrollo temprano, cuando ayudan al cerebro a aprender la nueva información a la que está expuesto en los primeros años de vida. Sin embargo, el nuevo estudio del MIT reveló que en ratones adultos, alrededor del 30 por ciento de todas las sinapsis en la corteza cerebral están en silencio.
La existencia de estas sinapsis silenciosas puede ayudar a explicar cómo el cerebro adulto puede formar continuamente nuevos recuerdos y aprender cosas nuevas sin tener que modificar las sinapsis convencionales existentes, dicen los investigadores.
"Estas sinapsis silenciosas buscan nuevas conexiones, y cuando se presenta nueva información importante, se fortalecen las conexiones entre las neuronas relevantes. Esto permite que el cerebro cree nuevos recuerdos sin sobrescribir los recuerdos importantes almacenados en las sinapsis maduras, que son más difíciles de cambiar", dice Dimitra Vardalaki, estudiante de posgrado del MIT y autora principal del nuevo estudio.
Mark Harnett, profesor asociado de ciencias cerebrales y cognitivas, es el autor principal del artículo publicado en Nature. Kwanghun Chung, profesor asociado de ingeniería química en el MIT, también es autor.
Un descubrimiento sorprendente
Cuando los científicos descubrieron por primera vez las sinapsis silenciosas hace décadas, se observaron principalmente en los cerebros de ratones jóvenes y otros animales. Durante el desarrollo temprano, se cree que estas sinapsis ayudan al cerebro a adquirir la enorme cantidad de información que los bebés necesitan para aprender sobre su entorno y cómo interactuar con él. En ratones, se creía que estas sinapsis desaparecían alrededor de los 12 días de edad (equivalente a los primeros meses de vida humana).
Sin embargo, algunos neurocientíficos han propuesto que las sinapsis silenciosas pueden persistir hasta la edad adulta y ayudar en la formación de nuevos recuerdos. La evidencia de esto se ha visto en modelos animales con adicciones donde se cree que es en gran parte un trastorno de aprendizaje aberrante.
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