Un fallo en el superordenador

Tu cerebro es el superordenador más avanzado del mundo. Pero en la enfermedad de Huntington (EH), un procesador central de este ordenador empieza a funcionar mal. Utilizando técnicas avanzadas de imagen, un grupo de investigación de la UCLA ha examinado de cerca para identificar y visualizar los circuitos específicos que se descontrolan en las partes del cerebro más afectadas por la EH, y cómo la enfermedad hace que se vean diferentes. Descubrieron que los circuitos específicos de una región cerebral central (el estriado) que se ven afectados en la EH, llamados neuronas espinosas medianas, están menos conectados y son menos espinosos de lo que deberían.

El ordenador más complejo del mundo

El ordenador más complejo del mundo no está hecho de microchips, sino que está dentro de tu cabeza. Aunque los superordenadores más rápidos rivalizan con el cerebro humano en cuanto a potencia de cálculo bruta, nada puede igualar la extraordinaria flexibilidad y eficiencia de tu cerebro.

Solo para que te hagas una idea, el superordenador más potente en este momento, llamado “El Capitan” en California, concentra equipos de última generación en una superficie equivalente a dos pistas de tenis y consume la energía de una pequeña ciudad. El cerebro tiene solo el tamaño de un pomelo y funciona con la energía de una bombilla de baja intensidad, pero milagrosamente logra la misma capacidad de computación. ¡Sin mencionar que El Capitan no puede bailar, cantar, atrapar una pelota o hacer un sinfín de otras cosas asombrosas que tu cerebro sí puede hacer!

Claramente, vale la pena entender cómo funciona este increíble ordenador en tu cabeza, y también cómo funciona mal en la EH. Entonces, ¿qué parte de este ordenador se ve afectada en la EH y cómo podemos entender qué está fallando? Un grupo de investigación de vanguardia de la UCLA ha aplicado algunos enfoques ingeniosos para responder a estas preguntas.

Un fallo de computación central en la EH

El cerebro no es exactamente como un ordenador hecho de microchips, pero hay algunas similitudes. Por un lado, el cerebro procesa información a través de entradas y salidas. Este procesamiento ocurre utilizando células especializadas llamadas neuronas, que funcionan un poco como circuitos en un microchip. Y al igual que un ordenador, el cerebro está organizado en diferentes partes que procesan cosas diferentes.

El cerebro tiene la increíble cantidad de 86 mil millones de neuronas y la misma cantidad de células de soporte, lo que en conjunto es aproximadamente la misma cantidad de células que estrellas hay en la Vía Láctea. La escala de lo que tu cerebro puede hacer con todas estas células cerebrales es realmente asombrosa. El Capitan no se acerca ni de lejos.

Una de las partes más importantes de nuestro asombroso ordenador es una región central del cerebro llamada estriado, que se divide a su vez en el núcleo caudado y el putamen.

Puedes pensar en el estriado como la Estación Central de muchos procesos cerebrales, un lugar donde se conectan muchos circuitos. El estriado es una de las partes del cerebro más afectadas en la EH, por lo que los síntomas de la EH pueden ser muy diversos, incluyendo movimientos incontrolados, problemas de humor y dificultad para pensar. Así que, para entender la EH, tienes que entender el estriado.

Un tipo especial de circuito se ve afectado en la EH

Algunas partes del cerebro tienen docenas y docenas de tipos diferentes de neuronas, pero afortunadamente las neuronas que se encuentran en el estriado no son tan diversas como en otras partes del cerebro. Esto hace que el estriado sea un poco más fácil de entender.

Puedes pensar en el estriado como un clúster de procesamiento en tu ordenador, con muchos circuitos que son similares entre sí. Estos circuitos en el estriado se llaman neuronas espinosas medianas, y representan la mayoría de las neuronas que se encuentran allí. “Neurona espinosa mediana” puede parecer un nombre inventado, ¡pero así es como las llaman realmente los científicos, por su aspecto! Son de tamaño mediano y muy espinosas. También es posible que las hayas visto abreviadas como NEM.

¿Por qué las neuronas espinosas medianas son tan espinosas? Esto se debe a que cada neurona espinosa mediana recibe señales de muchas otras neuronas en el cerebro, y cada una de estas entradas ocurre a través de una pequeña espina que sobresale de la neurona espinosa mediana. Las neuronas espinosas medianas tienen muchas entradas, por eso tienen muchas espinas. Es la Estación Central del cerebro, ¿recuerdas?

Las neuronas espinosas medianas son claramente muy importantes, pero no sabemos exactamente cómo están conectadas individualmente al resto del cerebro, solo que tienen muchas entradas. Son las neuronas espinosas medianas las que son particularmente vulnerables en la EH, lo que los científicos creen que causa el mal funcionamiento del estriado y los síntomas de la EH.

Mapeando los circuitos en tres dimensiones

Sorprendentemente, se ha investigado muy poco sobre el aspecto de las neuronas espinosas medianas, aparte de que son espinosas. ¿Todas tienen el mismo aspecto? ¿Cómo se ven cuando están dañadas en la EH? Un reconocido grupo de investigación de la UCLA dirigido por el Dr. X. William Yang decidió mapear el aspecto de las neuronas espinosas medianas en el cerebro y qué les sucede en la EH.

Para ello, el grupo marcó las neuronas espinosas medianas para que brillaran bajo un microscopio, y también marcó cada espina, llamadas espinas dendríticas, o simplemente dendritas. No pudieron hacer este marcaje en cerebros humanos, así que lo hicieron en cerebros de ratón que también tienen un estriado. Después de marcar las neuronas espinosas medianas y sus espinas (dendritas), cortaron el estriado en láminas y tomaron imágenes detalladas de cada lámina para ver cómo se veían las neuronas espinosas medianas.

Esto es algo así como cortar un molde denso de gelatina con pequeñas frutas dispersas en su interior, para que puedas ver la fruta más fácilmente. Esto permitió a los investigadores ver cómo se veían las neuronas espinosas medianas en tres dimensiones dentro de cada corte. Sorprendentemente, ¡esta es la primera vez que alguien ha observado las neuronas espinosas medianas de esta manera! Entonces, ¿qué vieron?

No todos los circuitos tienen el mismo aspecto

El estriado se divide en clústeres de procesamiento adicionales, aunque todos tienen neuronas espinosas medianas que se ven afectadas en la EH. Así que los investigadores decidieron evaluar el aspecto de las neuronas espinosas medianas en estos diferentes clústeres.

Midieron todo tipo de variables sobre las neuronas espinosas medianas, como cuántas espinas tienen, cuánto miden y con qué frecuencia las espinas se ramifican en espinas más pequeñas. Esto es un poco como observar los circuitos en una parte específica de un ordenador y estudiar cuánto miden cada uno de los circuitos y adónde van.

Curiosamente, las neuronas espinosas medianas tienen un aspecto ligeramente diferente en distintas partes del estriado. En algunas partes del estriado las espinas son más largas que en otras, en otras partes son más cortas. En algunas partes del estriado las espinas son más numerosas, y en otras están más ramificadas. Claramente, hay mucho más que saber sobre cómo están conectadas estas neuronas espinosas medianas en el estriado de lo que sabíamos anteriormente.

En la EH, menos conexiones de circuitos de las que debería haber

Las neuronas espinosas medianas del estriado son especialmente vulnerables en la EH, y comienzan a funcionar mal y a desaparecer muy temprano en la enfermedad. Entonces, ¿qué observaron los científicos sobre la forma y el aspecto de estos diferentes circuitos de neuronas espinosas medianas en la EH?

Para estudiar esto, realizaron el mismo marcaje, corte cerebral e imagen microscópica, pero esta vez en un ratón que modela la EH con una repetición CAG expandida. Curiosamente, las neuronas espinosas medianas en los ratones con EH eran menos complejas y tenían menos ramificaciones.

Esto sugiere que en la EH, puede haber menos conexiones de circuitos de las que debería haber entre las neuronas espinosas medianas y el resto del cerebro. En otras palabras, el mal funcionamiento del estriado en la EH puede estar relacionado con una menor conectividad con el resto del cerebro, como un núcleo de procesamiento que pierde conexiones con el resto del ordenador.

Comprender cómo las neuronas afectadas en la EH pierden sus conexiones con el resto del cerebro es de vital importancia para entender cómo repararlas o evitar que funcionen mal en primer lugar. Con más estudios como estos, podremos desarrollar mejores formas de rastrear y tratar las causas de la EH en el futuro.

Resumen

• Tu cerebro es el ordenador más complejo del mundo
• La EH hace que una parte específica de este ordenador, el estriado, funcione mal
• Los circuitos específicos del estriado, llamados neuronas espinosas medianas, parecen perderse en la EH
• La investigación sugiere que las neuronas espinosas medianas tienen una apariencia y conexiones ligeramente diferentes en las distintas partes del estriado
• Las neuronas espinosas medianas parecen ser menos complejas en la EH y tienen menos conexiones