Las conexiones entre neuronas permiten la formaci\u00f3n de redes muy complejas en las que la informaci\u00f3n sobre lo que pasa dentro y fuera del cuerpo se transmite y procesa, produciendo eventualmente decisiones que se traducen en comportamientos. <\/p>\n
Las neuronas, c\u00e9lulas del sistema nervioso, se comunican entre s\u00ed a trav\u00e9s de sinapsis, sitios en los que sus membranas se encuentran e intercambian se\u00f1ales.<\/p>\n
“La actividad neuronal y la comunicaci\u00f3n entre las neuronas siempre est\u00e1n cambiando, ya en condiciones normales, como parte de nuestro envejecimiento, ya en situaciones patol\u00f3gicas”, afirma Marco Arieli Herrera Valdez, profesor e investigador del Departamento de Matem\u00e1ticas de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Aut\u00f3noma de M\u00e9xico (UNAM) que en sus estudios combina las matem\u00e1ticas y la f\u00edsica con experimentos, para entender la actividad de las neuronas y la comunicaci\u00f3n entre ellas.<\/p>\n
La degradaci\u00f3n de la actividad neuronal y la comunicaci\u00f3n entre las neuronas ocurre en procesos neurodegenerativos como la enfermedad de Parkinson, el s\u00edndrome de Alzheimer y las encefalopat\u00edas cr\u00f3nicas traum\u00e1ticas. Estas \u00faltimas son de especial inter\u00e9s porque pueden aparecer como consecuencia de golpes constantes en la cabeza por boxear, jugar futbol americano, etc\u00e9tera. El mecanismo detr\u00e1s de estas patolog\u00edas es la acumulaci\u00f3n progresiva de un p\u00e9ptido llamado tau en el cerebro.<\/p>\n
Las conexiones entre neuronas permiten la formaci\u00f3n de redes muy complejas en las que la informaci\u00f3n sobre lo que pasa dentro y fuera del cuerpo se transmite y procesa, produciendo eventualmente decisiones que se traducen en comportamientos.<\/p>\n
Las propiedades intr\u00ednsecas a las neuronas afectan la actividad de la red a la que pertenecen, pero tambi\u00e9n son afectadas por \u00e9sta. Por extensi\u00f3n, las redes nerviosas impactan en la actividad de todos los sistemas del cuerpo y \u00e9stos retroalimentan a las neuronas con informaci\u00f3n sobre el estado de nuestro cuerpo. “Por eso es importante conocer los mecanismos b\u00e1sicos que producen cambios en la actividad neuronal y la comunicaci\u00f3n entre las neuronas. Esto puede ser \u00fatil, adem\u00e1s, para entender los procesos neurodegenerativos”, comenta Herrera Valdez.<\/p>\n
Explicaci\u00f3n nueva<\/b><\/p>\n
Las neuronas se pueden pensar como cables ramificados en los que se producen pulsos el\u00e9ctricos llamados potenciales de acci\u00f3n. Cuando una neurona produce dichos pulsos, se dice que “dispara”.<\/p>\n
Los disparos se transmiten r\u00e1pidamente hacia toda la neurona y alcanzan las sinapsis que \u00e9sta forma con otras c\u00e9lulas nerviosas, activando la comunicaci\u00f3n neuronal. Una de las t\u00e9cnicas experimentales que usa el grupo de Herrera Valdez es la visualizaci\u00f3n de la actividad el\u00e9ctrica en neuronas in vitro. “Para ello utilizamos mol\u00e9culas fluorescentes que producen una se\u00f1al de luz cuando las neuronas generan pulsos el\u00e9ctricos. En estos experimentos, las neuronas se comportan literalmente como arreglos de focos que se encienden y apagan, formando patrones de luz que a veces se repiten”, explica el profesor e investigador.<\/p>\n
Es decir, si las neuronas visibles son numeradas previamente para el experimento, se prender\u00e1n formando sucesiones (por ejemplo, primero la 5, luego la 3, la 5, la 9, la 11…). Momentos despu\u00e9s se observar\u00e1n r\u00e9plicas de algunas de esas sucesiones. Los patrones de actividad de una red como los descritos anteriormente se pueden pensar como representaciones de la informaci\u00f3n procesada por las neuronas.<\/p>\n
Un resultado ya publicado por Herrera Valdez en colaboraci\u00f3n con Janet Barroso Flores, Elvira Galarraga y Jos\u00e9 Bargas, del Instituto de Fisiolog\u00eda Celular de la UNAM, es una fundamentaci\u00f3n f\u00edsica, apoyada en matem\u00e1ticas y datos experimentales, sobre la din\u00e1mica de un fen\u00f3meno llamado plasticidad de corto plazo.<\/p>\n
“En breve, al activarse una sinapsis de una neurona A con una neurona B (A->B), la neurona B produce peque\u00f1os pulsos de corriente. Sin embargo, la estimulaci\u00f3n repetida desde la neurona A hacia la neurona B en periodos cortos puede incrementar o disminuir las respuestas en la neurona B”. Lo anterior depende de la liberaci\u00f3n del neurotransmisor de la neurona A y del estado interno de la neurona B, pero cambia en individuos que tienen la enfermedad de Parkinson. A nivel de red, la plasticidad de corto plazo permite que la comunicaci\u00f3n entre pares de neuronas cambie en forma din\u00e1mica, sin quitar ni agregar contactos sin\u00e1pticos.<\/p>\n
“Dicho de otro modo, en la plasticidad de corto plazo no cambia cu\u00e1l neurona se comunica con cu\u00e1l, sino c\u00f3mo, de un momento al siguiente, y eso pasa en la mayor\u00eda de las sinapsis. Si las respuestas se incrementan con est\u00edmulos sucesivos, se dice que la sinapsis muestra facilitaci\u00f3n. Tambi\u00e9n puede ocurrir depresi\u00f3n (menor respuesta a est\u00edmulos repetidos en tiempos cortos) y combinaciones de facilitaci\u00f3n seguidas de depresi\u00f3n”, indica Herrera Valdez.<\/p>\n
El fen\u00f3meno no es nuevo, pero s\u00ed la explicaci\u00f3n sobre la din\u00e1mica del proceso proporcionada por el profesor e investigador en t\u00e9rminos matem\u00e1ticos y usando principios biof\u00edsicos.<\/p>\n
Herrera Valdez y sus estudiantes \u2014los cuales provienen de licenciaturas y posgrados en biolog\u00eda, f\u00edsica y matem\u00e1ticas\u2014 tambi\u00e9n construyen instrumentos para monitorear la actividad cerebral en los mismos lugares donde la estudian in vitro, pero ahora con el roedor en libre movimiento.<\/p>\n
Por el momento no buscan desarrollar mol\u00e9culas nuevas o tratar de regular la transcripci\u00f3n de genes asociados a alguna neuropatolog\u00eda, entre otras razones, porque “nuestro entendimiento de las bases biof\u00edsicas de la actividad conjunta en redes nerviosas y de las patolog\u00edas asociadas est\u00e1 en la infancia”.<\/p>\n
Trabajos en colaboraci\u00f3n<\/b><\/p>\n
Con Erin C. McKiernan, investigadora del Departamento de F\u00edsica de la Facultad de Ciencias de la UNAM, Herrera Valdez y su equipo estudian la modificaci\u00f3n de la comunicaci\u00f3n entre las neuronas durante el envejecimiento; en colaboraci\u00f3n con Elvira Galarraga y Jos\u00e9 Bargas, del Instituto de Fisiolog\u00eda Celular de la UNAM, se centran en explicar la formaci\u00f3n de patrones de actividad en las redes de los ganglios basales y c\u00f3mo dicha actividad cambia durante la enfermedad de Parkinson; y con Jos\u00e9 P\u00e9rez Ben\u00edtez, del Instituto Polit\u00e9cnico Nacional, se dedican a entender las propiedades generales de representaci\u00f3n de informaci\u00f3n en redes nerviosas, usando modelos computacionales.<\/p>\n
Estos proyectos, financiados por la Direcci\u00f3n General de Asuntos del Personal Acad\u00e9mico de la UNAM y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnolog\u00eda, se enfocan en la modulaci\u00f3n de la plasticidad sin\u00e1ptica en redes neuronales y sus efectos a nivel de red y en el comportamiento.<\/p>\n
Por otro lado, en colaboraci\u00f3n con colegas de la Universidad de Exeter, en Inglaterra, Herrera Valdez y su equipo desarrollan modelos matem\u00e1ticos para entender las interacciones entre los sistemas end\u00f3crinos involucrados con el metabolismo y el estr\u00e9s.<\/p>\n
“Por ahora, nuestro inter\u00e9s principal es entender la interacci\u00f3n antag\u00f3nica entre los glucocorticoides (hormonas del estr\u00e9s) y la producci\u00f3n y liberaci\u00f3n de insulina, hormona que regula la actividad metab\u00f3lica en distintas c\u00e9lulas del cuerpo, promoviendo la absorci\u00f3n de glucosa y otras mol\u00e9culas similares del torrente sangu\u00edneo”, apunta Herrera Valdez.<\/p>\n
En situaciones de estr\u00e9s, las c\u00e9lulas del cuerpo, en particular en los m\u00fasculos y el p\u00e1ncreas, absorben menos glucosa. La raz\u00f3n de ello es que los glucocorticoides reducen los efectos de la insulina.<\/p>\n
“Ya hay resultados preliminares del modelaje matem\u00e1tico coordinado con experimentos realizados en la Universidad de Exeter. Hemos desenmascarado, entre otras cosas, procesos biof\u00edsicos que explican aspectos diversos de la din\u00e1mica de la interacci\u00f3n antag\u00f3nica entre la insulina y los glucocorticoides, comparando situaciones de estr\u00e9s cr\u00f3nico con situaciones de estr\u00e9s no cr\u00f3nico. No ser\u00e1 hasta el pr\u00f3ximo a\u00f1o cuando se publique el primer estudio”, finaliza.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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