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Ilustración para el artículo titulado
Foto: BrainMaps.org/UC Davis

Los científicos han descubierto un nuevo tipo de proceso eléctrico en el cerebro humano que podría desempeñar un papel clave en la forma única en que nuestros cerebros calculan.

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Nuestros cerebros son ordenadores que funcionan usando un sistema de células cerebrales conectadas, llamadas neuronas, que intercambian información usando señales químicas y eléctricas llamadas potenciales de acción. Los investigadores han descubierto que ciertas células en la corteza humana, la capa externa del cerebro, transmiten señales de una manera que no se ve en las correspondientes células de roedores. Este proceso podría ser importante para comprender mejor nuestros cerebros únicos y para mejorar los programas que se basan en un modelo del cerebro humano.

Las neuronas humanas pueden ser dispositivos computacionales más potentes de lo que se pensaba anteriormente”, dijo a Gizmodo el autor correspondiente del estudio, Matthew Larkum, de la Universidad Humboldt de Berlín.

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Los cerebros humanos tienen una corteza gruesa, especialmente la segunda y tercera capas (L2 / 3) de la superficie. Estas capas contienen células cerebrales con muchas ramas, llamadas dendritas, que las conectan e intercambian información con otras células cerebrales. Los investigadores adquirieron y analizaron cortes de tejido L2 / 3 de pacientes con epilepsia y tumores, enfocándose específicamente en estas dendritas. Larkum explicó por correo electrónico que las cirugías de epilepsia proporcionaron una cantidad suficiente de tejido de la corteza disponible, mientras que el tejido del paciente con tumor se utilizó para garantizar que las observaciones no fueran exclusivas de las personas con epilepsia.

El equipo conectó los tejidos a un sistema que construye un circuito eléctrico a partir de las células y un instrumento de medición, y utilizó un microscopio fluorescente para observar la acción de estas células L2 / 3. El equipo notó que las corrientes eléctricas introducidas encendieron más potenciales de acción de lo que lo harían en las células de roedores y que un químico que debería haber bloqueado la actividad de las dendritas no lo hizo por completo.

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Los experimentos revelaron la presencia de un nuevo tipo de potencial de acción que viaja con la ayuda de iones de calcio, en lugar de iones de sodio y calcio. Es un tipo de potencial de acción nunca antes visto en las células de la corteza de los mamíferos, según el artículo publicado en Science.

Pero los investigadores llevaron su experimento más allá. Después de estudiar el comportamiento de estos “potenciales de acción dendrítica mediados por el calcio”, los modelaron en una simulación por computadora, y resultó que podían realizar una función computacional (llamada puerta XOR) que los científicos pensaban que requeriría una red de neuronas, en lugar de solo una. Proponen que una red neuronal artificial podría incorporar estos nuevos tipos de potenciales de acción para simplificar los cálculos.

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Estudios como estos tienen sus limitaciones. Los investigadores no pudieron modelar toda la neurona, y el trabajo no se realizó en humanos, solo en células humanas. Quizás otros mamíferos disparan este tipo de potenciales de acción, pero no son visibles en muestras de tejido en el laboratorio. 

Este es un estudio emocionante que explora una nueva frontera en nuestra comprensión de la función neuronal: las propiedades de las dendritas humanas”, dijo a Gizmodo Michael Häusser, profesor de neurociencia en el University College London que estudia computación neuronal. “Las dendritas constituyen el 95% de la superficie de las células piramidales en la corteza, pero han permanecido como “territorio inexplorado” en el cerebro humano”.

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Häusser, que no participó en la nueva investigación, le dijo a Gizmodo que el siguiente paso para este trabajo es determinar si estos potenciales de acción eran realmente únicos para estas dendritas y estudiarlas en un cerebro intacto. “Esto nos permitirá revelar si las propiedades eléctricas especiales de las dendritas humanas juegan un papel clave en hacer que los cerebros humanos sean especiales”.

Los investigadores esperan continuar estudiando este potencial de acción y el comportamiento de las dendritas como una forma de entender la corteza y por qué funciona de la manera en que lo hace.

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