Las neuronas humanas individuales pueden ser dispositivos computacionales mucho más potentes de lo que se pensaba, según un nuevo estudio que ha descubierto una actividad eléctrica desconocida en las dendritas neuronales.
Al final de una neurona, los apéndices en forma de árbol llamados dendritas envían y reciben señales electroquímicas, que juegan un papel crítico en la forma en que el cerebro recopila información para determinar sus próximas acciones.
Los resultados de esta investigación, publicados en la revista Science, revelan una actividad eléctrica compleja en las dendritas de las neuronas piramidales humanas. Esa actividad eléctrica es completamente diferente a la que existe en el resto de células nerviosas.
Lo que apreciaron los investigadores, más concretamente, es que en las neuronas de la corteza existe un potencial de acción mucho más rápido y potente del que presentan otras neuronas.
Un potencial de acción es una onda de descarga eléctrica que viaja a lo largo de la membrana celular modificando su distribución de carga eléctrica. Es una capacidad esencial para la vida que sirve para llevar información, especialmente, entre neuronas (sinapsis).
El potencial de acción descubierto en las numerosas neuronas piramidales de la corteza cerebral humana está situado dentro de cada dendrita, lo que según los investigadores permite a estas neuronas desarrollar operaciones complejas sin necesidad de recurrir al concurso de neuronas de otras partes del cerebro.
Esta compleja actividad eléctrica desvela que el poder de procesamiento de información del cerebro humano es mucho más potente de lo que se creía hasta ahora y que es esa actividad eléctrica extra la que nos permite comprender y resolver problemas complejos.
Singularidad cerebral
Desde el punto de vista neurológico, todavía no se explica bien qué es lo que permite al cerebro humano ser tan especial respecto al de otras especies.
Una explicación que se ha barajado desde hace tiempo es que esa singularidad cerebral podría deberse al grosor de las capas de la corteza, donde se acumula una cantidad desproporcionada de materia gris, en relación con los cerebros de otras especies.
Otra explicación posible radicaría en las numerosas neuronas disponibles en el cerebro humano, dotadas de árboles dendríticos enormes y elaborados.
Hay que tener en cuenta al respecto que el cerebro humano es el que más neuronas tiene en la corteza cerebral, muchas más que las que muestran otras especies, y que las dendritas de esas neuronas son también más grandes y ramificadas.
"Las dendritas son fundamentales para comprender el cerebro porque son el núcleo de lo que determina el poder computacional de las neuronas individuales", explica el coautor del estudio Matthew Larkum, neurocientífico de la Universidad Humboldt de Berlín, en un comunicado.
Según Larkum, registrar la actividad de las dendritas en roedores vivos es bastante desafiante, y casi imposible en humanos. Como resultado, casi todo lo que se sabe sobre las dendritas activas se ha extraído del cerebro de los roedores.
Al final de una neurona, los apéndices en forma de árbol llamados dendritas envían y reciben señales electroquímicas, que juegan un papel crítico en la forma en que el cerebro recopila información para determinar sus próximas acciones.
Los resultados de esta investigación, publicados en la revista Science, revelan una actividad eléctrica compleja en las dendritas de las neuronas piramidales humanas. Esa actividad eléctrica es completamente diferente a la que existe en el resto de células nerviosas.
Lo que apreciaron los investigadores, más concretamente, es que en las neuronas de la corteza existe un potencial de acción mucho más rápido y potente del que presentan otras neuronas.
Un potencial de acción es una onda de descarga eléctrica que viaja a lo largo de la membrana celular modificando su distribución de carga eléctrica. Es una capacidad esencial para la vida que sirve para llevar información, especialmente, entre neuronas (sinapsis).
El potencial de acción descubierto en las numerosas neuronas piramidales de la corteza cerebral humana está situado dentro de cada dendrita, lo que según los investigadores permite a estas neuronas desarrollar operaciones complejas sin necesidad de recurrir al concurso de neuronas de otras partes del cerebro.
Esta compleja actividad eléctrica desvela que el poder de procesamiento de información del cerebro humano es mucho más potente de lo que se creía hasta ahora y que es esa actividad eléctrica extra la que nos permite comprender y resolver problemas complejos.
Singularidad cerebral
Desde el punto de vista neurológico, todavía no se explica bien qué es lo que permite al cerebro humano ser tan especial respecto al de otras especies.
Una explicación que se ha barajado desde hace tiempo es que esa singularidad cerebral podría deberse al grosor de las capas de la corteza, donde se acumula una cantidad desproporcionada de materia gris, en relación con los cerebros de otras especies.
Otra explicación posible radicaría en las numerosas neuronas disponibles en el cerebro humano, dotadas de árboles dendríticos enormes y elaborados.
Hay que tener en cuenta al respecto que el cerebro humano es el que más neuronas tiene en la corteza cerebral, muchas más que las que muestran otras especies, y que las dendritas de esas neuronas son también más grandes y ramificadas.
"Las dendritas son fundamentales para comprender el cerebro porque son el núcleo de lo que determina el poder computacional de las neuronas individuales", explica el coautor del estudio Matthew Larkum, neurocientífico de la Universidad Humboldt de Berlín, en un comunicado.
Según Larkum, registrar la actividad de las dendritas en roedores vivos es bastante desafiante, y casi imposible en humanos. Como resultado, casi todo lo que se sabe sobre las dendritas activas se ha extraído del cerebro de los roedores.
Dentro del cerebro humano
En esta ocasión, sin embargo, los investigadores analizaron las propiedades activas de las dendritas de las capas 2 y 3 de tejido cerebral humano, que son las capas más externas de la corteza cerebral.
Estas capas están mucho más desarrolladas en el cerebro humano que en los cerebros de los demás mamíferos y para esta investigación fueron tomadas de los cerebros de pacientes que habían padecido epilepsia y tumores cerebrales, lo que permitió a los científicos observar el potencial de acción de cada neurona y el comportamiento de cada dendrita.
Fue así como descubrieron que la actividad eléctrica de las dendritas situadas en el interior de las neuronas piramidales de las capas más externas de la corteza cerebral desempeñan una actividad desconocida hasta ahora, que las convierten en las células nerviosas más complejas de todo el cerebro humano.
Los investigadores pudieron determinar que esta propiedad es la que permite a las neuronas piramidales de la corteza resolver problemas computacionales, sin necesidad de recurrir a neuronas de las capas más profundas de la corteza.
Esta capacidad demuestra que ese grupo de neuronas piramidales de la corteza, gracias al apoyo de las dendritas especiales que contienen, tienen capacidad suficiente para procesar eficazmente la información más compleja que gestiona el cerebro humano.
El descubrimiento presenta sin embargo una reserva considerable: como se sabe muy poco de las dendritas de otras especies, no puede saberse si la actividad eléctrica descubierta en el cerebro humano es superior o inferior a la de otros animales.
Los investigadores se proponen por ello extender su investigación a otras especies para establecer con claridad si esta característica nueva descubierta en los humanos, confirma la singularidad humana como especie privilegiada del planeta.
En esta ocasión, sin embargo, los investigadores analizaron las propiedades activas de las dendritas de las capas 2 y 3 de tejido cerebral humano, que son las capas más externas de la corteza cerebral.
Estas capas están mucho más desarrolladas en el cerebro humano que en los cerebros de los demás mamíferos y para esta investigación fueron tomadas de los cerebros de pacientes que habían padecido epilepsia y tumores cerebrales, lo que permitió a los científicos observar el potencial de acción de cada neurona y el comportamiento de cada dendrita.
Fue así como descubrieron que la actividad eléctrica de las dendritas situadas en el interior de las neuronas piramidales de las capas más externas de la corteza cerebral desempeñan una actividad desconocida hasta ahora, que las convierten en las células nerviosas más complejas de todo el cerebro humano.
Los investigadores pudieron determinar que esta propiedad es la que permite a las neuronas piramidales de la corteza resolver problemas computacionales, sin necesidad de recurrir a neuronas de las capas más profundas de la corteza.
Esta capacidad demuestra que ese grupo de neuronas piramidales de la corteza, gracias al apoyo de las dendritas especiales que contienen, tienen capacidad suficiente para procesar eficazmente la información más compleja que gestiona el cerebro humano.
El descubrimiento presenta sin embargo una reserva considerable: como se sabe muy poco de las dendritas de otras especies, no puede saberse si la actividad eléctrica descubierta en el cerebro humano es superior o inferior a la de otros animales.
Los investigadores se proponen por ello extender su investigación a otras especies para establecer con claridad si esta característica nueva descubierta en los humanos, confirma la singularidad humana como especie privilegiada del planeta.
Referencia
Dendritic action potentials and computation in human layer 2/3 cortical neurons. Albert Gidon et al. Science 03 Jan 2020: Vol. 367, Issue 6473, pp. 83-87. DOI: 10.1126/science.aax6239
Dendritic action potentials and computation in human layer 2/3 cortical neurons. Albert Gidon et al. Science 03 Jan 2020: Vol. 367, Issue 6473, pp. 83-87. DOI: 10.1126/science.aax6239