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La red de conexiones entre las neuronas revela cómo se ordenan los circuitos del cerebro

Incluso las redes más simples de neuronas en el cerebro se componen de millones de conexiones, y el examen de estas redes extensas es crítico a entender cómo los trabajos de cerebro. Las personas internacionales de investigadores, llevadas por R. Clay Reid, Wei Chungkin Allen Lee y Vincent Bonin del instituto para la ciencia de cerebro, Facultad de Medicina de Harvard e investigación Flandes de Allen de la Neuro-Electrónica (NERF), respectivamente, han publicado la red más grande hasta la fecha de conexiones entre las neuronas en la corteza, donde ocurre el tramitación de alto nivel, y han revelado varios elementos cruciales de cómo las redes en el cerebro se ordenan. Los resultados se publican esta semana en la naturaleza del gorrón.

“Ésta es una culminación de un programa de investigación que comenzó hace casi diez años. Las redes del cerebro son demasiado grandes y complejas entender poco a poco, así que utilizamos técnicas de la alto-producción para cerco conjuntos de datos enormes de la actividad cerebral y alambrado del cerebro,” dice a R. Clay Reid, M.D., Ph.D., investigador mayor en el instituto de Allen para la ciencia de cerebro. “Solamente estamos encontrando que el esfuerzo es absolutamente de mérito y que estamos aprendiendo una cantidad enorme sobre la estructura de redes en el cerebro, y final cómo la estructura del cerebro se conecta a su función.”

“Aunque este estudio es un momento del punto de referencia en tierra en un capítulo sustancial del trabajo, es apenas el principio,” dice a Wei-Chungkin Lee, Ph.D., instructor en neurobiología en la escuela del remedio de Harvard y autor importante en el papel. “Ahora tenemos las herramientas para emprender la ingeniería reversa el cerebro descubriendo lazos entre el alambrado del circuito y los cómputos neuronales y de la red.”

“Por décadas, los investigadores han estudiado actividad cerebral y alambrado en el aislamiento, incapaz de conectar los dos,” dice a Vincent Bonin, investigador principal en la investigación Flandes de la Neuro-Electrónica. “Qué hemos logrado es puentear estos dos reinos con el detalle sin precedente, conectando actividad eléctrica en neuronas a las conexiones sinápticas del nanoscale que hacen el uno con el otro.”

“Hemos encontrado algo de las primeras pruebas anatómicas de la configuración modular en una red cortical así como la base estructural para la conectividad funcionalmente específica entre las neuronas,” Lee agrega. “Las aproximaciones que utilizamos permitieron que definiéramos los principios orgánicos de circuitos de los nervios. Nos ahora contrapesan para descubrir los adornos corticales de la conectividad, que pueden actuar mientras que funcionan los bloques huecos para la red cerebral.”

Lee y Bonin comenzaron determinando las neuronas en la corteza visual del ratón que respondió a los estímulos visuales determinados, tales como barras verticales u horizontales en una pantalla. Lee después hizo rebanadas ultrafinas de cerebro y capturó millones de imágenes detalladas de esas células apuntadas y sinapsis, que entonces fueron reconstruidas en tres dimensiones. Las personas de anotadores en ambas costas de los Estados Unidos trazaron simultáneamente las neuronas individuales a través de las pilas 3D de imágenes y localizaron conexiones entre las neuronas individuales.

Analizar esta riqueza de datos rindió varios resultados, incluyendo las primeras pruebas estructurales directas para soportar la idea que las neuronas que hacen tareas similares son más probables ser conectadas el uno al otro que las neuronas que realizan diversas tareas. Además, esas conexiones son más grandes, a pesar de que se enredan con muchas otras neuronas que realicen funciones totalmente diversas.

La “parte de qué hace este estudio único es la combinación de la proyección de imagen funcional y de la microscopia detallada,” dice Reid. “Los datos microscópicos están de escala y de detalle sin precedentes. Ganamos un cierto conocimiento muy potente primero aprendiendo qué función realiza una neurona determinada, y entonces viendo cómo conecta con las neuronas que hacen cosas similares o disímiles.

“Es como una orquesta sinfónica con los jugadores que se sientan en asientos al azar,” Reid agrega. “Si usted escucha solamente algunos músicos próximos, no tendrá sentido. Escuchando todo el mundo, usted entenderá la música; llega a ser real más simple. Si usted entonces pregunta quién está escuchando cada músico, usted puede ser que incluso imagine cómo él hace la música. No hay conductor, así que la orquesta necesita comunicar.”

Esta combinación de métodos también será empleada en un proyecto contratante IARPA con el instituto de Allen para la ciencia de cerebro, la universidad de Baylor del remedio, y la Universidad de Princeton, que intenta escalar estos métodos a un segmento más grande del tejido cerebral. Los datos del actual estudio se están haciendo accesibles en línea para que otros investigadores investiguen.

Source:

Allen Institute