Una nueva investigación sobre la conexión entre la estimulación externa y la memoria personal podría ser fundamental para comprender cómo tratar los trastornos neurológicos.
El neurobiólogo Jerry Chen estudió cerebros de ratones y descubrió una conexión directa entre el tacto y la memoria.
El descubrimiento podría ayudar a tratar trastornos neurológicos como los accidentes cerebrovasculares y contribuir a comprender el trastorno del espectro autista.
Una nueva investigación arroja luz sobre cómo el cerebro combina la información externa y la memoria interna para construir la sensación del tacto.
La investigación podría ayudar a los científicos a comprender cómo tratar mejor los accidentes cerebrovasculares y el trastorno del espectro autista.
Cuando tocas algo, ya sea al pisar una playa de arena o acariciar el lomo de un perro, las sensaciones llegan rápidamente a tu cerebro. Sientes la textura áspera de la arena bajo los pies y la suavidad del pelaje en la mano.
Pero también aportas algo de ti a esa sensación: junto con la estimulación externa de la playa o del cachorro, está el recuerdo de momentos pasados: quitarte la arena de los dedos de los pies con una toalla durante unas vacaciones de verano, acurrucarte con una mascota familiar a la que echabas mucho de menos. Todos coincidimos en que algo se siente áspero o suave, pero interpretamos esa sensación de manera ligeramente distinta.
«Cuando percibimos nuestro entorno, en realidad hacemos dos cosas», afirma el neurobiólogo de la Universidad de Boston Jerry Chen, experto en función cognitiva. «Recibimos todos los sentidos, todos los elementos físicos del mundo; al mismo tiempo, aplicamos nuestros propios tipos de inferencia e interpretaciones subjetivas de lo que creemos estar percibiendo».
En un nuevo estudio publicado en Science, Chen arroja luz sobre ese proceso. Al estudiar cerebros de ratones, Chen y un equipo de investigadores descubrieron un circuito en la corteza somatosensorial primaria —la parte del cerebro que recibe señales relacionadas con el tacto, la temperatura y el dolor— dedicado a procesar información táctil. Según Chen, el circuito ayuda al cerebro a determinar cómo equilibrar la estimulación procedente del exterior del cuerpo con los conocimientos existentes.
El estudio podría ser importante para comprender una variedad de trastornos neurológicos y enfermedades neuropsiquiátricas que pueden alterar la percepción sensorial, desde los accidentes cerebrovasculares hasta el trastorno del espectro autista. Según Chen, profesor adjunto de biología, un mejor conocimiento de los circuitos cerebrales podría allanar el camino para tratamientos e intervenciones más específicos.
Como parte de su investigación sobre el funcionamiento del cerebro, los investigadores desarrollaron un nuevo método para examinar y observar las células: una plataforma que genera actividad en el cerebro, muestra la composición molecular de las células activas y ayuda a procesar todos los datos. Esto permitió a Chen observar cómo distintas neuronas de la corteza reaccionaban y se comunicaban cuando un animal tocaba un objeto, y cómo esas neuronas se adaptaban cuando algo cambiaba en el entorno.
Chen y su equipo utilizaron como punto de partida para el proyecto el atlas del cerebro del ratón del Instituto Allen, un catálogo de los distintos tipos de células cerebrales. Chen afirma que el atlas es muy útil para determinar la ubicación y la categoría de una neurona, pero no informa mucho a los investigadores sobre sus funciones. Sus hallazgos aportan esos detalles y matices.
«Es un nivel más de comprensión de cómo encaja todo», afirma Chen. «Lo más importante es que hemos unido el catálogo con la definición funcional; eso realmente abrirá muchas vías para comprender el cerebro».
Aquí, Chen explica sus hallazgos y su potencial para mejorar nuestros conocimientos sobre el cerebro y su cuidado:
¿Qué revelan sus hallazgos?
Cuando percibes el mundo que te rodea, tu cerebro combina el procesamiento de los estímulos que conforman la escena con el intento de completar la información a partir de lo que has aprendido en el pasado, para ayudarte a interpretar lo que sientes.
Por ejemplo, imagina que rebuscas en un bolso para encontrar las llaves del coche. Tu cerebro ha aprendido cómo se sienten las llaves, así que completa la información mientras palpas objetos de distintas texturas o formas para guiar tu búsqueda. Sin embargo, a veces tocas algo, como un borde afilado, que destaca claramente y te indica que vas por buen camino y que quizá has encontrado las llaves. Nuestros hallazgos revelan, en esencia, que existe un circuito especializado compuesto por células específicas del catálogo a las que llamamos células centrales. Estas células ayudan a alertar al cerebro de que has encontrado una característica destacada que conviene investigar más a fondo.
¿Hubo algo que le sorprendiera de esas células centrales?
Las células centrales, que identificamos como importantes para detectar características, también responden de maneras interesantes cuando cambia el entorno. Se sabe que cierto conjunto de genes es importante para el aprendizaje y la adaptabilidad, y que su actividad puede aumentar o disminuir según cambie el entorno. Descubrimos que esos genes están siempre activos en las células centrales, lo que contradice algunos principios actuales. Cuando cambia el entorno, estas células responden intentando compensar esos cambios.
¿Qué importancia tienen sus hallazgos?
Nuestros hallazgos son pertinentes para una variedad de trastornos neurológicos, como el accidente cerebrovascular, y de enfermedades neuropsiquiátricas, como el trastorno del espectro autista, en las que puede alterarse la percepción de una persona. En lugar de considerar el cerebro como una masa homogénea de tejido, comprender qué tipos de células son más relevantes nos permitirá desarrollar tratamientos muy específicos.
Esto representa un avance alentador hacia el tratamiento directo de las causas subyacentes de síntomas específicos y, al mismo tiempo, podría evitar efectos secundarios no deseados de otros tratamientos e intervenciones. Una gran dificultad de las terapias actuales para los trastornos cerebrales es que no solo afectan al circuito de interés, sino también a otros circuitos que quizá no queramos alterar. El hecho de que tengamos una herramienta genética para identificar estos circuitos específicos significa que potencialmente se podrían diseñar terapias dirigidas que afecten solo a esos circuitos.
¿Cómo utilizó en este estudio el catálogo del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro?
El catálogo solo describe la composición molecular de las neuronas, pero no necesariamente dice nada sobre su función ni sobre los cálculos que realizan. La tecnología que desarrolló mi equipo de investigación aprovecha esta nueva información del catálogo y añade la siguiente capa de información: los patrones de actividad de las células. Nos permite centrarnos en la función de las células del catálogo y estudiarla de manera exhaustiva. Por eso la llamamos Lectura Integral de la Actividad y los Marcadores del Tipo Celular, o CRACK, un juego de palabras con la idea de descifrar los circuitos neuronales. Aplicamos la plataforma CRACK para estudiar una parte específica de la corteza que participa en nuestra percepción del tacto. Observamos cómo las distintas neuronas del catálogo procesan información y se comunican con otras neuronas cuando un animal toca objetos de su entorno. También observamos cómo se adaptan las neuronas cuando cambia el entorno.
Nuestra tecnología CRACK allanará el camino para una versión 2.0 del catálogo, que permitirá a los investigadores recopilar información molecular y funcional sobre todas las células del cerebro. Se puede empezar a aplicar esta plataforma para comprender cómo funcionan distintas partes del cerebro del ratón. Ya estamos pasando a otra parte del cerebro relacionada con la memoria sensorial.
Nuestro objetivo general es comprender el cerebro humano, así que gran parte de este catálogo que se está elaborando a partir del cerebro del ratón es, en realidad, un proyecto piloto para poder generar un catálogo similar del cerebro humano.
¿Qué le llevó a querer examinar este tema?
A nuestro laboratorio le interesa estudiar las bases neuronales de la percepción y la cognición. El cerebro es el órgano más complejo del cuerpo. Esa complejidad se debe en parte a que los miles de millones de neuronas del cerebro no son todas iguales. Hay cientos de miles de tipos distintos de neuronas, que cumplen diferentes funciones y realizan distintos cálculos. Para comprender realmente cómo funciona el cerebro, tenemos que descomponerlo en sus componentes individuales y luego empezar a preguntarnos cómo interactúan esos componentes durante el comportamiento.
¿Qué espera estudiar a continuación?
Hay muchas líneas de investigación que estamos siguiendo a partir de nuestra nueva tecnología y nuestros hallazgos. La idea de que existan circuitos especializados para la plasticidad neuronal, compuestos por tipos celulares específicos del catálogo —el hallazgo inesperado de nuestro estudio—, resulta especialmente fascinante. Estamos profundizando en esta línea; en concreto, buscamos circuitos posiblemente similares en otras partes del cerebro y estudiamos cómo funcionan tanto durante el aprendizaje y la memoria como a lo largo del tiempo.
Esta investigación recibió apoyo de una beca New Innovator Award de los Institutos Nacionales de Salud, de la Iniciativa Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) y del Instituto Nacional de Salud Mental.
