martes, 13 de marzo de 2018

El proceso de “limpieza” neuronal que refuerza o elimina recuerdos al dormir

Científicos han observado en el cerebro de ratones anestesiados la consolidación selectiva de la memoria

Los investigadores utilizaron luz para estimular las neuronas de ratones bajo anestesia.Ampliar foto
Los investigadores utilizaron luz para estimular las neuronas de ratones bajo anestesia.  GETTY IMAGES
Dormir es necesario para formar la memoria, y este proceso depende tanto de la consolidación de algunos recuerdos como del olvido de otros. Científicos españoles ya habían demostrado que durante el sueño, la mente humana solo cimenta los conjuntos de recuerdos que están fuertemente asociados, por ejemplo por su proximidad temática y temporal. Ahora, un equipo de investigadores en Reino Unido, encabezado por una neurocientífica española, ha observado en el cerebro de ratones anestesiados un proceso fisiológico de "limpieza" de las conexiones neuronales que explica el mantenimiento de la memoria. El estudio, que es “de gran calidad técnica”, según el neurofisiólogo Juan de los Reyes, del Hospital Nacional de Parapléjicos y ajeno a esta investigación, aparece publicado en la revista Neuron.
Durante el día, el aprendizaje y la percepción sensorial crean o modifican conexiones neuronales (sinapsis) que forman la base de los recuerdos. Los investigadores utilizaron ratones anestesiados para emular la actividad del cerebro durmiente, ya que el sueño natural de estos roedores es impredecible y solo dura entre 10 y 15 minutos. Al medir la actividad de sus sinapsis durante la fase del sueño que no es REM, conocida como sueño de ondas lentas (SWS, por sus siglas en inglés), los investigadores encontraron que solo se refuerzan las sinapsis en los grupos de neuronas que se reactivan juntas, siguiendo el patrón de las conexiones activadas durante la vigilia. “El cerebro descarta las conexiones más débiles para asegurar que se consolidan los recuerdos más fuertes”, explica la autora principal del estudio Ana González-Rueda, que ahora trabaja en el Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica (MRC) británico, en Cambridge.
La capacidad que tienen los vínculos entre neuronas para fortalecerse o debilitarse, conocida como plasticidad sináptica, se rige por la mayor o menor emisión de neurotransmisores, las moléculas mensajeras que transmiten el impulso eléctrico de una neurona a la siguiente. González-Rueda compara a las neuronas, o grupos de ellas, con ciudades. “Si hace falta una gran transmisión de información entre dos ciudades, por ejemplo si hubiese mucho comercio, se tienen que hacer las autopistas más grandes”, razona. Esto es lo que ocurre, de forma natural, cuando una “autopista” de sinapsis tiene mucho tráfico —es decir, cuando se activan a menudo y en secuencia las neuronas encadenadas— pero solo en la mente despierta.
En el sueño, el mismo proceso podría describir la cimentación de algunos recuerdos pero no explica cómo se promueve activamente el olvido de otros. La clave, parece ser, está en la ondulación que da nombre al SWS: durante esta fase del sueño, la actividad neuronal oscila más o menos cada segundo, con picos de gran excitación y valles de quietud. González-Rueda y sus compañeros utilizaron luz para activar sinapsis en la capa exterior del cerebro de los ratones anestesiados (cuyas neuronas se comportan como si estuvieran en SWS) y la técnica de fijación de membranas para medir la excitación de las células. Con esta metodología han descubierto que el comportamiento del cerebro no es uniforme ante la oscilación.
Las sinapsis, de forma general, están programadas para debilitarse en SWS, limpiando el cerebro de información accesoria para evitar la saturación. Sin embargo, durante los picos periódicos de actividad neuronal, el proceso de limpieza se detiene en los grupos de neuronas que se reactivan a la vez —porque formaron vínculos fuertes durante el día—. “Normalmente los estudios de plasticidad sináptica se hacen en rodajas de cerebro, con lo cual es difícil saber si eso tiene alguna relación con lo que pasa en verdad en el animal en vivo. Este es el primer estudio que hace algo parecido en vivo y lo que hemos encontrado es que dependiendo del estado en que se encuentre la red neuronal, pasan cosas distintas”, explica González-Rueda.
El enfoque con ratones nos aproxima a un modelo del mecanismo que es actualmente imposible de estudiar en humanos
“El enfoque con ratones nos aproxima a un modelo del mecanismo que es actualmente imposible de estudiar en humanos”, dice Lluís Fuentemilla, un neurocientífico de la Universidad de Barcelona que no participó en el estudio. Aunque es difícil saber si los procesos neurofisiológicos estudiados en ratones bajo anestesia se pueden aplicar en personas y con sueño natural, los resultados de esta investigación “aportan una información muy importante”, sostiene el científico, y podrían explicar el modelo cognitivo que su laboratorio ya estudió en humanos.
Por ahora, los investigadores de esta prueba no saben a qué recuerdos concretos se asocia la actividad neuronal que han medido, pero en estudios futuros podrían aislar partes físicas de la memoria. Por ejemplo, la estimulación de los bigotes de un ratón registra actividad neuronal en la capa externa del cerebro que han analizado; podrían estudiar esa información sensorial concreta al reactivarse las neuronas relevantes durante el sueño.

La formación de neuronas se derrumba tras la infancia

Un estudio cuestiona la creencia extendida de que los humanos siguen generando neuronas durante la edad adulta en una región fundamental del cerebro

La formación de neutronas en humanos se concentra durante los primeros meses de vida
La formación de neutronas en humanos se concentra durante los primeros meses de vida PHOTO BY LUBOMIRKIN ON UNSPLASH
Vista desde lejos, la ciencia parece una actividad poco dada a las pasiones, en la que la aportación de datos y los razonamientos que sustentan resuelven las disputas de una manera más o menos nítida. Y puede ser así a largo plazo. Pero mientras la acumulación de observaciones da y quita razones, los enfrentamientos pueden ser enconados. Esta semana, la revista Nature publica un estudio que por su relevancia y los principios que cuestiona va a provocar uno de esos conflictos.
Un equipo internacional de científicos liderado por Arturo Álvarez-Buylla, de la Universidad de California en San Francisco (EE UU), ha realizado un trabajo que sugiere que la formación de nuevas neuronas en el hipocampo humano se circunscribe a las primeras etapas de la vida. Utilizando anticuerpos como marcadores, señalaron células precursoras de neuronas maduras e inmaduras en tejido cerebral de 59 personas de distintas edades, desde fetos a adultos. Los investigadores descubrieron que durante los primeros meses de existencia se produce una explosión en la producción de estas células nerviosas, pero que después ese proceso se va deteniendo. El individuo de mayor edad en el que descubrieron que se seguían desarrollando neuronas tenía 13 años.
En humanos, durante los primeros meses de vida se construye la mayor parte del cerebro
El hallazgo cuestiona un punto de vista sustentado en numerosos estudios con mamíferos, incluidos los humanos, que han concluido que la generación de neuronas en esta región continúa en la edad adulta. La región concreta analizada por el grupo de Álvarez-Buylla, el giro dentado, es una de las pocas del cerebro en la que se pensaba que nacían este tipo de células nerviosas, algo que serviría, entre otras cosas, para formar nuevas memorias. Algunos trabajos con ratones han mostrado que algunos fármacos contra la depresión, un problema en el que también parece desempeñar una función el giro dentado, favorecían la generación de neuronas.
El investigador mexicano, que recibió el Premio Príncipe de Asturias en 2011 por su aportación al conocimiento de los mecanismos de neurogénesis, explica que empezaron este estudio “tratando de confirmar que había neurogénesis en el cerebro adulto, no de negarlo”. Sin embargo, trabajando con su colega Zhengang Yang, observó al microscopio que no aparecían neuronas jóvenes en el hipocampo de estos tejidos. Esto le animó a reunir un número amplio y representativo de muestras para tratar de averiguar qué ocurría en realidad.
La ausencia de estas nuevas neuronas a partir de cierta edad plantea varias preguntas, según Álvarez-Buylla. Podría ser que después de la infancia las células madre que deberían seguir generando neuronas se agotan. “O que están latentes, pero inactivas”, especula el investigador. Esto sucede en otras especies con cerebros más complejos, como los monos, pero no en los ratones, que sirven de modelo para muchos estudios que después se tratan de extrapolar a humanos.
Trabajos con ratones han mostrado que algunos fármacos contra la depresión favorecen la generación de neuronas
“Una de las enseñanzas de este trabajo es que trasladar la información que se obtiene trabajando con ratones a humanos tiene sus peligros. No digo que no sean útiles, pero hay que ser cautos”, señala José Manuel García Verdugo, investigador de la Universidad de Valencia que también ha trabajado en el estudio. “En humanos, desde la primera semana de vida ya está construido gran parte del cerebro, en los seis primeros meses se produce una neurogénesis muy intensa y a partir del año el ritmo empieza a descender”, añade. “En ratones, el giro dentado se tiene que ir construyendo”, añade.
Tal y como anunciaba en un artículo que también se publica en Nature el investigador de la Universidad de la Columbia Británica (Canadá) Jason S. Snyder “estos hallazgos provocarán controversia”. Un ejemplo es la respuesta que ofrece a Materia el científico del Instituto Karolinska sueco Jonas Frisén. Él es el autor principal de un artículo publicado en 2013 que sí encontraba neurogénesis en la región del hipocampo en el cerebro humano adulto. Lo había logrado a través de un sofisticado sistema que utiliza la detección en el cuerpo humano de carbono 14 acumulado en la atmósfera por los ensayos nucleares del siglo pasado. “Hay un montón de discusión sobre esto en nuestro campo y no he encontrado una sola persona que se crea esos resultados”, asegura. En su opinión no encontrar algo como la generación de neuronas no significa que no suceda. La ausencia de detección “podría deberse a la falta de sensibilidad del método o a la escasez de muestras analizadas”, señala. Frisén llega a afirmar que García Verdugo publicó un artículo contradiciendo este nuevo trabajo, y se pregunta “si ni siquiera los autores se creen el estudio”.
García Verdugo aclara que sí cree en los resultados de este último trabajo publicado en Nature. “En el trabajo que menciona Frisén, nuestro interés principal eran los oligodendrocitos, unas células del sistema nervioso importantes en el desarrollo de la esclerosis lateral amiotrófica (ELA)”, indica. “Entonces utilizamos distintos marcadores para seguir distintas células y vimos que algunos parecían indicar que había neurogénesis. Pero ahora, utilizando el microscopio electrónico, hemos visto que las señales de aquellos marcadores no eran correctas”.
Un investigador de un grupo rival asegura que nadie en el campo se cree estos nuevos resultados
Arantxa Cebrián, otra investigadora de la Universidad de Valencia que ha participado en el trabajo, no cree que haya que interpretar los resultados como algo negativo. “Si antes, cuando se buscaban aplicaciones para tratar enfermedades, se trataba de activar las células madre endógenas, ahora que vemos que igual no podemos hacerlo porque no están presentes en el adulto, podemos estudiar otros aspectos tales como la plasticidad del hipocampo. Por ejemplo, un aspecto muy interesante sería estudiar cómo las neuronas que se encuentran en esa región tienen un periodo más prolongado de maduración y vayan produciendo nuevas conexiones”, asevera.
Hay indicios de que la depresión o el alzhéimer tienen su origen en defectos en el hipocampo y saber cómo influye el proceso de generación de neuronas en esa época y la plasticidad posterior podría ayudar a tratarlas. Pero antes serán necesarios muchos más trabajos, en primer lugar para dirimir el debate generado por estudios como el que hoy publica Nature. Álvarez-Buylla reconoce que el proceso de neurogénesis en el giro dentado en adultos podría ser un proceso raro y no haberse encontrado por escasez de muestras. Pero si investigaciones posteriores confirmasen estos resultados, el aprendizaje serviría para reorientar la investigación. “Si el foco de los estudios con roedores se orientase a identificar los mecanismos por los que la neurogénesis desciende con el tiempo y a cómo se puede favorecer la neurogénesis para contrarrestar las patologías causadas por la edad y la enfermedad, podríamos convertir estos resultados que parecen bajarnos a la realidad en descubrimientos que mejoren la salud humana”, concluye Jason S. Snyder.

El biólogo británico John E. Sulston, premio Nobel en 2002, muere a los 75 años

El investigador fue el precusor de la decodificación pública del genoma humano

John Sulston, durante el anuncio de los resultados sobre el genoma humano en el año 2000.
John Sulston, durante el anuncio de los resultados sobre el genoma humano en el año 2000. GETTY IMAGES
El biólogo británico John E. Sulston, premio Nobel en 2002 por sus descubrimientos sobre la regulación genética en el desarrollo de órganos y la muerte celular programada, ha muerto este viernes a los 75 años, según informó el instituto Wellcome Trust Sanger.
Sulston ha sido considerado como uno de los precursores del proyecto de decodificación del genoma humano, aspecto en el que trabajó en el instituto que ha confirmado su fallecimiento, que ayudó a fundar y que en la actualidad desarrolla uno de los mayores programas genéticos en Europa. Siempre defendió que estos hallazgos no podían ser privativos de la empresa privada para evitar que solo tuvieran acceso a esas investigaciones los países ricos y que los hallazgos se quedaran sin compartir.
El científico, que iba a cumplir 76 años el próximo día 27, investigó como los organismos, al comienzo de su vida, aumentan su número de células y mantienen el crecimiento a lo largo de la vida. Sin embargo, otras mucha mueren para mantener el equilibrio. Este proceso está regulado por los genes y se denomina muerte celular programada.
Ya en 1976, el investigador describió cómo las células del gusano Caenorhabditis elegans se dividían, maduraban y morían como parte del normal desarrollo de los organismos.
Sulston, hijo de un pastor anglicano y de una profesora de inglés, consideraba los seres vivos como “mecanismos” y promovió la descripción del genoma completo de cualquier animal. Publicó en 2003, con la escritora Georgina Ferry, el libro El hilo común de la humanidad (Siglo XXI)
“Lo importante es entender cómo funcionan los genes. El gusano tiene 19.000, casi tantos como nosotros. Parece extraordinario que algo tan grande e importante como una persona tenga sólo unos cuantos genes más que un gusano, pero así es como funciona la biología. La diferencia entre los gusanos y nosotros, los vertebrados, es que nosotros tenemos una proporción más alta de genes de control: casi la mitad de nuestros genes se dedican a regular a otros genes, a orquestar el desarrollo de los tejidos, comunicar unas células con otras, etcétera. En el gusano, esos genes de control no pasan de un 10%. Todos los animales estamos hechos con los mismos ladrillos. La diferencia entre un gusano y un humano no son los ladrillos, sino los planos arquitectónicos”, explicó en una entrevista a EL PAÍS un año después de recibir el Nobel.
El biólogo fue crítico con la sociedad individualista. “Hemos puesto demasiado énfasis en lo privado, en la ambición personal de hacer dinero, a expensas del bien público. Necesitamos un equilibrio entre esas dos fuerzas sociales, pero desde los sesenta la balanza se ha inclinado demasiado hacia el sector privado: los impuestos a las empresas se han reducido drásticamente, y la gente es estimulada desde muy joven a ganar todo el dinero posible. Poca gente les dice a los jóvenes que también es bueno trabajar por el bien común. Es posible que las sociedades europeas logren mantener un equilibrio, pero las cosas pintan mucho peor mundialmente. La globalización de la codicia ha superado con mucho a la de la democracia y la justicia. Nuestro comportamiento internacional es muy primitivo, y ésa es la razón de las grandes disparidades de riqueza y, en último término, del miedo y la inseguridad en que vivimos”, afirmó en 2003 anticipando la sociedad actual.

miércoles, 7 de marzo de 2018