■ Sienta las bases para el desarrollo de investigaciones sobre microcircuitos cerebrales reales

La UNAM demuestra, por primera vez, que hay ensambles neuronales

■ Su actividad, precisa y cuantitativa, parte del análisis del equipo del Instituto de Fisiología Celular, encabezado por José Bargas

■ Planean estudio aplicado en ratas enfermas de Parkinson

De la Redacción

Integrantes del Instituto de Fisiología Celular de la Universidad nacional Autónoma de México, encabezados por el doctor José Bargas, demostraron por primera vez, directa y cuantitativamente, que existen los ensambles neuronales, postulados como el rastro de la memoria en el cerebro. El hallazgo sienta las bases para investigaciones futuras de los microcircuitos cerebrales reales.

El trabajo fue dado a conocer en línea por el Journal of Neurophysiology del pasado marzo. Mereció la portada y la editorial de la prestigiosa revista.

El estudio multidisciplinario llevó cinco años. “En el laboratorio hay químicos, sicólogos, ingenieros, físicos, biólogos y médicos, entre otros, reunidos para resolver un problema, gracias al posgrado de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM)”, dijo Bargas.

El resultado fue posible gracias a una mezcla de técnicas, entre ellas: electrofisiología, o registro de la actividad eléctrica de neuronas únicas, y epifluorescencia, donde una cámara de video toma fotos de la entrada y dinámica del calcio intracelular de entre cien a 300 neuronas simultáneamente en un área de 800 por 600 micras. Entre ambas técnicas se puede correlacionar la actividad de conjuntos de neuronas (cientos) con la actividad eléctrica de ciertas neuronas escogidas y registradas eléctricamente. Cada una de las neuronas, sin embargo, se puede seguir por separado. Las neuronas “brillan” transitoriamente cuando tienen actividad eléctrica.

Apoyo de la ingeniería

Aunado a esto, se aplicaron algoritmos tomados de la ingeniería para interpretar y analizar los datos, encontrados y puestos a prueba por el ingeniero Luis Carrillo Reid, candidato a doctor en ciencias biomédicas, de la UNAM.

Bargas explicó que si dos neuronas se activan juntas, o con un intervalo determinado, sus sinapsis se refuerzan; si no, se debilitan. Un rastro de memoria estaría dado por los pesos o fuerzas relativas que las conexiones van adquiriendo en el circuito con el paso del tiempo.

Debido al uso de las mismas sinapsis de manera repetida, se establecerían conexiones preferentes; esto es, si muchas veces la neurona A activa a la B y ésta a la C, después de cierto tiempo la ruta A-B-C en el circuito sería preferente, se activaría con más facilidad, respondería a un conjunto de estímulos de manera diferencial, y al circuito formado por ellas se le llamó ensamble neuronal, sustrato hipotético del rastro de una memoria en el circuito o red. En la realidad, no se trata de neuronas aisladas activándose unas a otras, sino de grupos de neuronas imbricados entre sí, activándose unos a otros, lo que hace difícil seguirlos a lo largo del tiempo.

Estos conceptos se derivaron de las hipótesis postuladas en 1949 por el sicólogo Donald Hebb, inspiradas en los estudios de Santiago Ramón y Cajal y Lorente de Nó. Pero los ensambles neuronales no pasaban de ser meros planteamientos o especulaciones para tratar de explicar cómo se conserva la memoria.

Sin embargo, la ingeniería no esperó la demostración de la existencia de los ensambles neuronales en los cerebros de los animales para crear de manera artificial robots y redes de neuronas simuladas que aprendieran y reconocieran pautas. El mecanismo de estas redes artificiales funciona con base en algoritmos matemáticos que representan las hipótesis hebbianas.

Evidencias directas

También había evidencias indirectas de que existen los ensambles en el cerebro, pero hasta ahora, ninguna directa. Es en la UNAM donde se demuestra, por primera vez, la existencia de los ensambles neuronales en el tejido nervioso y se analiza su actividad de manera precisa y cuantitativa.

Los ensambles, aclaró José Bargas, son robustos, es decir, los mismos grupos de neuronas se activan y desactivan espontáneamente y transfieren su actividad entre unos y otros, siguiendo pautas de espacio y tiempo. Después de cierto tiempo regresan al primer ensamble activado, como prevén los requerimientos teóricos hebbianos, y todavía más.

La combinación de diferentes técnicas, explicó Carrillo Reid, permitió seguir esta actividad espacio-temporal en la red neuronal, pues los grupos neuronales pueden verse como arreglos o vectores multidimensionales, añadió. El análisis utilizado reduce las dimensiones y las proyecta en un plano de dos, lo que permite distinguir los grupos formados por los mismos elementos, diferenciarlos y observar cómo propagan su actividad. Aunque ya se habían utilizado técnicas parecidas, el análisis no había demostrado lo robusto del comportamiento y los ciclos cerrados que operan de manera recurrente. Y todo puede observarse en un pedazo de tejido cerebral in vitro.

Buscan definir las reglas con que se activan

El paso siguiente será determinar cómo neurotransmisores como la dopamina o la acetilcolina cambian las pautas de actividad de los ensambles y aun cómo se modifica dicha actividad a causa de la enfermedad. La meta es describir las reglas con que se activan y desactivan los ensambles, especificó.

Para lograr esto se conjuntó el trabajo de cuatro laboratorios del IFC, y el programa de investigación multidisciplinaria Proyectos Universitarios de Liderazgo y Superación Académica (IMPULSA) otorgó el financiamiento.

La mayor parte del trabajo se realizó en el laboratorio del doctor José Bargas y forma parte de la tesis doctoral del ingeniero en electrónica Luis Carrillo Reid. La asesoría en imagenología para seguir la red fue del laboratorio del doctor Arturo Hernández. Bargas y Hernández son médicos con doctorado en fisiología. La identificación anatómica de las neuronas registradas la realizó el biólogo Dagoberto Tapia mediante técnicas inmunohistoquímicas en el laboratorio de la doctora Elvira Galárraga, sicóloga con doctorado en fisiología. Hay que recordar que Donald Hebb era sicólogo.

El doctor René Drucker Colín, ampliamente conocido por sus estudios sobre la enfermedad de Parkinson, generó la necesidad de realizar este estudio con el finalidad de lograr algo muy aplicado: obtener un bioensayo in vitro para probar la eficacia de fármacos contra el Parkinson y de tratamientos alternativos, como el trasplante de células madres o troncales

La colaboración sigue, de forma que en su laboratorio se producen animales con Parkinson destinados a la investigación del comportamiento de los ensambles durante la enfermedad.