Neurocientíficos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés) han descubierto que el cerebro adulto contiene millones de “sinapsis silenciosas”, es decir, conexiones inmaduras entre neuronas que permanecen inactivas hasta que son reclutadas para ayudar a formar nuevos recuerdos.
Hasta ahora, se creía que las sinapsis silenciosas estaban presentes solo durante el desarrollo temprano, cuando ayudan al cerebro a aprender la nueva información a la que está expuesto en los primeros años de vida. Sin embargo, el nuevo estudio revela que en ratones adultos, un 30% de todas las sinapsis en la corteza cerebral están en silencio.
“Estas sinapsis silenciosas buscan nuevas conexiones, y cuando se presenta nueva información importante, se fortalecen las conexiones entre las neuronas relevantes. Esto permite que el cerebro cree nuevos recuerdos sin sobrescribir los recuerdos importantes almacenados en las sinapsis maduras, que son más difíciles de cambiar”, explica Dimitra Vardalaki, estudiante de posgrado del MIT y autora principal del nuevo estudio.
"Estas sinapsis silenciosas buscan nuevas conexiones, y cuando se presenta nueva información importante, se fortalecen las conexiones entre las neuronas relevantes"
Durante la investigación, los neurocientíficos demostraron que dentro de una sola neurona, las dendritas, extensiones similares a antenas que sobresalen de las neuronas, pueden procesar la entrada sináptica de diferentes maneras, según su ubicación.
Además, intentaron medir los receptores de neurotransmisores en diferentes ramas dendríticas, para ver si eso ayudaría a explicar las diferencias en su comportamiento. Para hacer eso, utilizaron una técnica llamada eMAP (Análisis ampliado del proteoma que conserva el epítopo). Con este proceso, los investigadores pueden expandir físicamente una muestra de tejido y luego etiquetar proteínas específicas en la muestra, lo que hace posible obtener imágenes de súper alta resolución.
Mientras hacían esa imagen, hicieron un descubrimiento sorprendente. “Lo primero que vimos, que fue súper extraño y no esperábamos. Fue que había filopodios por todas partes”, comenta Mark Harnett, profesor asociado de ciencias cerebrales y cognitivas y miembro del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro del MIT, el autor principal del artículo.
"Las sinapsis en el cerebro adulto tienen un umbral mucho más alto, presumiblemente porque quieres que esos recuerdos sean bastante resistentes"
Los filopodios son protuberancias de membranas delgadas que se extienden desde las dendritas, se han visto antes, pero los neurocientíficos no sabían exactamente qué hacían. Eso se debe en parte a que los filopodios son tan pequeños que son difíciles de ver con las técnicas de imagen tradicionales.
Tras hacer esta observación, el equipo del MIT se dispuso a intentar encontrar filopodios en otras partes del cerebro adulto, utilizando la técnica eMAP. Para su sorpresa, encontraron filopodios en la corteza visual del ratón y otras partes del cerebro, a un nivel 10 veces mayor que el visto anteriormente. También encontraron que los filopodios tenían receptores de neurotransmisores llamados receptores NMDA, pero no receptores AMPA.
Una sinapsis activa típica tiene ambos tipos de receptores, que se unen al neurotransmisor glutamato. Los receptores NMDA normalmente requieren la cooperación con los receptores AMPA para transmitir señales porque los iones de magnesio bloquean los receptores NMDA en el potencial de reposo normal de las neuronas. Por lo tanto, cuando los receptores AMPA no están presentes, las sinapsis que solo tienen receptores NMDA no pueden pasar una corriente eléctrica y se denominan "silenciosas".
SINAPSIS NO SILENCIADAS
Para investigar si estos filopodios podrían ser sinapsis silenciosas, los investigadores utilizaron una versión modificada de una técnica experimental conocida como sujeción de parches. Esto les permitió monitorear la actividad eléctrica generada en filopodios individuales mientras intentaban estimularlos imitando la liberación del neurotransmisor glutamato de una neurona vecina.
Con este estudio, los investigadores encontraron que el glutamato no generaría ninguna señal eléctrica en el filopodio que recibe la entrada, a menos que los receptores NMDA se desbloquearan experimentalmente. Esto ofrece un fuerte apoyo a la teoría de que los filopodios representan sinapsis silenciosas dentro del cerebro.
Asimismo, aseguran que “las sinapsis en el cerebro adulto tienen un umbral mucho más alto, presumiblemente porque quieres que esos recuerdos sean bastante resistentes. No querrás que se sobrescriban constantemente. Filopodia, por otro lado, puede capturarse para formar nuevos recuerdos”.