El primer mapa de un área del cerebro reveló la existencia de una red clave para el sistema nervioso

El mapeo de la conectividad cerebral está motivado por la afirmación de que nada define más fielmente la función de una neurona que la naturaleza de sus entradas y salidas. Este enfoque para revelar la función neuronal impulsa esfuerzos a gran escala para generar conectomas (mapas anatómicos de los contactos sinápticos del cerebro) en un conjunto diverso de organismos.

El de Caenorhabditis elegans, un gusano de 1 mm de longitud que vive en ambientes templados, es el más maduro de estos esfuerzos y se ha utilizado para revelar mecanismos de procesamiento sensoriomotor y hacer predicciones de la función neuronal. Un equipo de especialistas de la Universidad de Princeton ha dado a conocer en una investigación publicada en la revista Nature que han detectado un tipo de comunicación inalámbrica que supera la comprensión previa de las conexiones químicas en el sistema nervioso.

El equipo de Andrew Leifer de la Universidad de Princeton estudió el viaje de señales de C. elegans utilizando optogenética y mediciones de actividad neuronal, revelando contribuciones de la red inalámbrica. En su estudio combinaron conexiones sinápticas por cable y señalización inalámbrica en un modelo que predijo mejor las señales en C. elegans, lo que sugiere la activación directa de las neuronas a través de la comunicación inalámbrica.

Los investigadores construyeron un mapa completo de la comunicación de neuropéptidos en C. elegans, integrando datos bioquímicos, anatómicos y de expresión genética. Se emplearon modelos matemáticos para analizar señales, discernir relaciones e identificar características clave de la red y neuronas cruciales.

Los hallazgos revelan una red compleja pero bien organizada en el sistema nervioso del animal, lo que presenta un avance crucial en la comprensión del funcionamiento del cerebro y del sistema nervioso con posibles implicaciones para las terapias dirigidas.

Al mismo tiempo, en otro estudio que fue publicado en la revista Neuron, el neurocientífico William Schafer y sus colegas del Laboratorio de Biología Molecular de la Universidad exploraron el papel de los neuropéptidos en C. elegans, cuestionando la idea de que sólo desempeñan un papel de apoyo en los mensajes del sistema nervioso.

Al analizar la expresión genética de los neuropéptidos y sus receptores, el equipo predijo posibles conexiones inalámbricas entre las células nerviosas, generando un mapa que revela una conectividad densa diferente del diagrama de cableado anatómico.

William Schafer dirigió el trabajo junto a Lidia Ripoll-Sánchez, del Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica de Cambridge (Reino Unido), y contó con la participación de Petra Vértes, de la Universidad de Cambridge, e Isabel Beets, de la Universidad Católica de Lovaina (Bélgica). Estos expertos han logrado un avance significativo en la comprensión de la comunicación neuronal facilitada por los neuropéptidos, produciendo un mapa detallado que revela 31.479 interacciones entre 302 neuronas en el sistema nervioso del gusano. Este mapa ayuda a desentrañar los orígenes de afecciones neuropsiquiátricas generalizadas como los trastornos alimentarios, el TOC y el trastorno de estrés postraumático.

Los neuropéptidos actúan como moléculas de señalización, lo que permite la comunicación inalámbrica entre neuronas; la red de de C. elegancia exhibe una estructura distinta en comparación con las conexiones por cable, presentando vínculos más densos, más descentralizados y denominados de manera distinta. La red inalámbrica conecta partes del sistema nervioso aisladas de las conexiones cableadas.

Un conectoma es un mapa neuronal que ilustra los intrincados circuitos del cerebro de un organismo. El de C. elegans , tradicionalmente considerado “cableado” debido a las conexiones físicas de las sinapsis, se cartografió en 2019.

Se han acelerado los avances recientes en el mapeo de conectomas de organismos simples, como las moscas de la fruta. En particular, los investigadores del Laboratorio de Biología Molecular mapearon cada neurona y su cableado en una larva de mosca de la fruta. Sin embargo, hasta este avance, nadie había trazado con éxito un mapa de un conectoma de neuropéptido inalámbrico en ningún animal.