Las neuronas lentas copian a las neuronas excitadas, según un estudio de la UMH

La actividad eléctrica del cerebro es constante, incluso durante un sueño profundo o anestesia, las conexiones neuronales trabajan en una actividad rítmica que se conoce como oscilaciones lentas. Ahora, un estudio mixto entre la Universidad Miguel Hernández de Elche (UMH) y del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha descubierto qué factores son los que determinan hacia qué dirección se mueven estas ondas cerebrales.

Hasta ahora se pensaba que la clave de estos movimientos estaba en la estructura atómica, es decir, en los elementos químicos básicos que forman todas las moléculas biológicas como carbono, oxígeno o hidrógeno, entre otras. Ahora los científicos han revelado que el quid está en la excitabilidad de las neuronas.

El director del laboratorio de Procesamiento sensorio-motor en áreas subcorticales, Ramón Reig, ha explicado que el hallazgo ha sido posible gracias a un modelo computacional que combina dos niveles de análisis. Primero se analiza la actividad local de redes neuronales aisladas y después se estudia la interacción global entre las distintas áreas cerebrales.

«Hasta ahora, la mayoría de los estudios trabajaban esas dos escalas por separado. La novedad de nuestro enfoque es que las analizamos conjuntamente y eso nos ha permitido ver cómo las diferencias locales se diluyen cuando las redes están conectadas», explica Reig, que ha coliderado el estudio junto al investigador Javier Alegre Cortés.

Gracias al modelo se ha podido observar cómo las diferencias tienden a sincronizarse cuando dos áreas del cerebro se conectan. «Es como lo que sucede en una clase: puede que cada alumno tenga su estilo, pero si alguien impone una moda, los demás acaban siguiéndola», ejemplifica Alegre. Este 'líder' neuronal es el que explica por qué las ondas lentas se mueven de manera coordinada a pesar de tener distintas propiedades.

«Nuestro modelo predijo que la dirección de las oscilaciones dependía de qué grupo neuronal era más excitable en cada momento, y lo confirmamos con experimentos en ratones», señala Reig.

Cuando aumentaron la excitabilidad en el lóbulo occipital de ratones anestesiados mediante la aplicación de un cóctel de fármacos que hace que las neuronas sean más activas, observaron que la dirección de las ondas se invertía: en lugar de viajar de la parte frontal hacia la parte trasera del cerebro, lo hacían en sentido contrario.

Estos movimientos tienen un papel fundamental en el sueño profundo y anestesiado, pues contribuyen a organizar la actividad del cerebro cuando este se encuentra en reposo. Sin embargo es en el momento en el que los mecanismos se alteran cuando se transforman en patrones eléctricos asociados a la epilepsia: «Comprender cómo la excitabilidad modula estas ondas nos da claves para entender también qué sucede cuando la actividad neuronal se descontrola», señalan los autores.

En esta investigación se realizaron simulaciones modificando los principales factores que impactan en la actividad de onda lenta, en regiones aisladas o interconectadas. Las simulaciones consiguieron replicar diferentes estados de actividad cerebral, describiendo qué factores son relevantes a nivel local y cuáles a nivel global.

Más allá de los resultados inmediatos, este trabajo supone también un avance metodológico. El modelo que ha utilizado el equipo está basado en datos reales sobre la anatomía y la fisiología del cerebro de mamíferos, lo que permite simular con realismo cómo se comportan las redes neuronales al conectarse. «Los modelos matemáticos complementan los experimentos, permitiendo explorar escenarios difíciles de recrear en laboratorio y poner a prueba hipótesis con rigor», destaca Alegre.

Este trabajo ha contado con la colaboración de Maurizio Mattia, del Centro Nacional de Protección Radiológica y Física Computacional de Roma (Italia) y ha sido posible gracias a la financiación de la Agencia Estatal de Investigación, a través del Programa de Centros de Excelencia Severo Ochoa; el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades; la Universidad Miguel Hernández, a través del programa de becas Margarita Salas; la Generalitat Valenciana y el Plan Nacional de Recuperación y Resiliencia (PNRR) de Italia, financiado por la Unión Europea (NextGenerationEU).

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