Cómo las células en forma de estrella aumentan el aprendizaje flexible
Los investigadores resuelven el misterio oculto del papel de los astrocitos en los procesos de aprendizaje y la memoria en el cerebro
Las células gliales en forma de estrella, los llamados astrocitos, son algo más que células de sostén del cerebro. Participan activamente en los procesos de aprendizaje e interactúan con las células nerviosas. Pero, ¿qué hacen exactamente los astrocitos? Investigadores del Hospital Universitario de Bonn (UKB) y de la Universidad de Bonn están utilizando un modelo biofísico para aclarar cómo interactúan los astrocitos con las células nerviosas para regular la rápida adaptación a la nueva información. Los resultados del estudio se publican ahora en la revista "Nature Communications Biology".
En el cerebro, la plasticidad sináptica -la capacidad de cambiar las conexiones neuronales a lo largo del tiempo- es fundamental para el aprendizaje y la memoria. Tradicionalmente, la ciencia se ha centrado en las células nerviosas y sus sinapsis. El descubrimiento de la señalización intracelular de Ca2+ en los astrocitos hizo pensar que éstos son más que un pegamento que mantiene unido el cerebro y desempeñan un papel crucial en este proceso. "La disfunción de los astrocitos puede mermar considerablemente nuestra capacidad de aprendizaje, lo que pone de relieve su importancia en los procesos cognitivos. Sin embargo, las funciones exactas de los astrocitos han sido durante mucho tiempo un misterio", explica la profesora Tatjana Tchumatchenko, jefa de grupo del Instituto de Epileptología Experimental e Investigación de la Cognición de la UKB y miembro del Área de Investigación Transdisciplinar (TRA) "Modelado" de la Universidad de Bonn.
Desentrañar la intrincada danza de interacciones celulares durante el aprendizaje
"Nuestro trabajo como neurocientíficos computacionales consiste en utilizar el lenguaje matemático para interpretar las observaciones experimentales y construir modelos coherentes del cerebro", explica el Dr. Pietro Verzelli, coautor principal y becario postdoctoral del grupo del Prof. Tchumatchenko. En este caso, los investigadores desarrollaron un modelo biofísico de aprendizaje basado en un bucle de retroalimentación bioquímica entre astrocitos y neuronas descubierto recientemente por la Dra. Kirsten Bohmbach, el Prof. Christian Henneberger y otros investigadores del DZNE y la UKB.
El modelo biofísico explica los déficits de aprendizaje observados en ratones con regulación astrocítica alterada y pone de relieve el papel crucial que desempeñan los astrocitos en la adaptación rápida a la nueva información. Al regular los niveles del neurotransmisor D-serina, los astrocitos pueden facilitar la capacidad del cerebro para adaptarse eficazmente y recablear sus conexiones sinápticas. "Nuestro marco matemático no sólo explica las observaciones experimentales, sino que también proporciona nuevas predicciones comprobables sobre el proceso de aprendizaje", afirma el primer autor Lorenzo Squadrani, estudiante de doctorado en el grupo de Tchumatchenko.
Esta investigación tiende un puente entre los modelos teóricos de plasticidad y los hallazgos experimentales sobre las interacciones entre neuronas y células gliales. Destaca la regulación astrocítica como base fisiológica de las adaptaciones sinápticas dinámicas, un concepto central de la plasticidad sináptica. "Nuestros hallazgos contribuyen a una mejor comprensión de los mecanismos moleculares y celulares que subyacen al aprendizaje y la memoria y ofrecen nuevas oportunidades de intervenciones terapéuticas dirigidas a los astrocitos para mejorar las funciones cognitivas", afirma el profesor Tchumatchenko.
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