Las neuronas en el cerebro humano reciben señales eléctricas de miles de otras células, y las extensiones neuronales largas llamadas dendritas desempeñan un papel fundamental en la incorporación de toda esa información para que las células puedan responder adecuadamente.
Utilizando muestras de tejido cerebral humano difíciles de obtener, los neurocientíficos del MIT han descubierto que las dendritas humanas tienen propiedades eléctricas diferentes a las de otras especies.
Sus estudios revelan que las señales eléctricas se debilitan más a medida que fluyen a lo largo de las dendritas humanas, lo que resulta en un mayor grado de compartimentación (subdivisión) eléctrica, lo que significa que pequeñas secciones de dendritas pueden comportarse independientemente del resto de la neurona.
Según dicen los investigadores, estas diferencias pueden contribuir a la potencia informática mejorada del cerebro humano. Según los autores:
No es solo que los humanos sean inteligentes porque tenemos más neuronas y un córtex más grande … En las neuronas humanas, hay más compartimentación eléctrica, y eso permite que estas unidades sean un poco más independientes, lo que potencialmente lleva a un aumento de las capacidades computacionales de las neuronas individuales
Mark Harnett, miembro del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro del MIT, y Sydney Cash, profesor asistente de neurología en la Escuela de Medicina de Harvard, son los supervisores del estudio, que aparece en la edición del 18 de octubre de Cell.
Computación neural
Se puede pensar que las dendritas son análogas a los transistores en una computadora, realizan operaciones simples utilizando señales eléctricas.
Las dendritas reciben información de muchas otras neuronas y llevan esas señales al cuerpo celular. Si se estimula lo suficiente, una neurona dispara un potencial de acción, un impulso eléctrico que luego estimula a otras neuronas.
Las grandes redes de estas neuronas se comunican entre sí para generar pensamientos y comportamientos.
La estructura de una sola neurona a menudo se parece a un árbol, con muchas ramas que aportan información que llega lejos del cuerpo de la célula. Investigaciones anteriores han encontrado que la fuerza de las señales eléctricas que llegan al cuerpo de la célula depende, en parte, de lo lejos que viajen a lo largo de la dendrita para llegar allí.
A medida que las señales se propagan, se vuelven más débiles, por lo que una señal que llega lejos del cuerpo celular tiene menos impacto que una que llega cerca del cuerpo celular.
Las dendritas en la corteza del cerebro humano son mucho más largas que las de las ratas y la mayoría de las otras especies, porque la corteza humana ha evolucionado para ser mucho más gruesa que la de otras especies. En los humanos, la corteza representa aproximadamente el 75 por ciento del volumen cerebral total, en comparación con el 30 por ciento en el cerebro de un ratón.
En el nuevo estudio, el equipo del MIT quería investigar cómo estas diferencias de longitud podrían afectar las propiedades eléctricas de las dendritas. Pudieron comparar la actividad eléctrica en dendritas de ratones y humanos, utilizando pequeños trozos de tejido cerebral extraídos de pacientes con epilepsia que se sometieron a la extirpación quirúrgica de parte del lóbulo temporal. Para llegar a la parte enferma del cerebro, los cirujanos también deben extraer una pequeña porción del lóbulo temporal anterior.
Características especiales
Los investigadores encontraron que debido a que las dendritas humanas cubren distancias más largas, una señal que fluye a lo largo de una dendrita humana desde la capa 1 al cuerpo celular en la capa 5 es mucho más débil que una señal que fluye a lo largo de una dendrita de ratón desde la capa 1 a la capa 5.
También mostraron que las dendritas humanas y de rata tienen el mismo número de canales iónicos, que regulan el flujo de corriente, pero estos canales se producen a una densidad más baja en las dendritas humanas como resultado del alargamiento de la dendrita.
La pregunta sigue siendo, ¿cómo afectan estas diferencias a la capacidad intelectual humana? La hipótesis de Harnett es que debido a estas diferencias, que permiten que más regiones de una dendrita influyan en la fuerza de una señal entrante, las neuronas individuales pueden realizar cálculos más complejos sobre la información.
Comparando una columna cortical que tiene una porción de corteza humana o de roedor, se va a poder realizar más cálculos y más rápido con la arquitectura humana en comparación con la arquitectura de roedores dicen los autores.
Hay muchas otras diferencias entre las neuronas humanas y las de otras especies, agrega Harnett, lo que dificulta la detección de los efectos de las propiedades eléctricas de las dendritas.
En estudios futuros, espera explorar más a fondo el impacto preciso de estas propiedades eléctricas y cómo interactúan con otras características únicas de las neuronas humanas para producir más potencia de cálculo.
