Resuelto el misterio de la RMNf.


Los investigadores determinan qué células intervienen en el flujo de sangre registrado en RMNf.

Cuando se describieron por primera vez las células del cerebro, hace ya más de un siglo, se agruparon en dos categorías: neuronas y glía (“pegamento” en griego). Como sugiere el nombre, la glía es vista a menudo como poco más que una masa celular que mantiene unida la delicada arquitectura de las neuronas, que tienen el importante trabajo de mantener y transmitir la información. Pero un nuevo trabajo de investigadores del MIT, publicado en la revista Science, revela que la glía quizás tiene un papel más complejo  y activo en el cerebro, e incluso en las enfermedades que le afectan.

Researchers determine which cells mediate the blood flow tracked in fMRI.

When the cells of the brain were first described more than a century ago, they were grouped into two major categories: neurons and glia, Greek for “glue.” As the name suggests, the glia is often seen as little more than cellular spackle and caulk holding together the fine architecture of the neurons, which do the important work of transmitting and storing information. But a new study in Science from researchers at MIT reveals that glia cells might have a far more complex and active role in the brain–and even in diseases affecting it.

Los investigadores describen experimentos que demuestran que un tipo de células de glía llamados astrocitos responden a estímulos visuales junto con las neuronas vecinas en la corteza visual. Además, el estudio muestra que los astrocitos son los responsables de provocar el movimiento de la sangre en la zona de actividad del cerebro, la misma acción que proporciona una señal en los estudios de RMN funcional o RMNf.

Estos hallazgos resuelven un misterio de muchos años: saber qué es lo que los estudios de RMN funcional o RMNf estan detectando realmente. Debido a la importancia del flujo sanguíneo para el funcionamiento del cerebro, estos descubrimientos también aumentan la posibilidad de que los astrocitos tengan un papel previamente no reconocido en los trastornos cerebrales.

Investigaciones previas con células extraidas del cuerpo, sugirieron que quizás los astrocitos eran capaces de hazañas que previamente se habían atribuido sólo a neuronas. En este nuevo estudio, los investigadores , liderados por Mriganka Sur, profesor de neurociencias en el MIT, examinaron la corteza visual de hurones vivos para observar qué células cerebrales respondían a estímulos visuales. Utilizando microscopía de alta resolución y tinciones especiales que teñían astrocitos y actividad celular, “pudimos decir cual fue la respuesta de una neurona y como de diferente fue la de un astrocito que estaba a su lado”, comentó el Dr. Sur. En el sistema visual, las neuronas están muy especializadas en diferentes estímulos: algunas detectan los bordes de luz y oscuridad, por ejemplo, mientras que otras detectan la orientación de un objeto. Sorprendentemente, los científicos encontraron que los astrocitos eran tan específicos como las neuronas adyacentes para ciertas tareas, si no más.

Cuando administraron una droga que bloqueó la capacidad de los astrocitos de responder a las señales del glutamato, el aumento del flujo sanguíneo que caracteriza la respuesta del cerebro a a estímulos desapareció. El hallazgo sugiere que los astrocitos juegan un papel importante como mediadores entre las señales químicas de las neuronas y el resultante flujo sanguíneo que proporciona la energía necesaria a áreas del cerebro con una gran actividad. “Si no tienes astrocitos, no tendrás un aumento de flujo sanguíneo”, comento el Dr. Sur. También se vio que el incremento del flujo sanguíneo no es un resultado directo de la activación de las neuronas, sino también de la comunicación química en las sinapsis. Las sinapsis tienen normalmente una rama de un astrocito cerca, proyectando o envolviendo la propia sinapsis. Los astrocitos también se diversifican a capilares cercanos. Según el Dr. Sur, probablemente los astrocitos tomen los neurotransmisores liberados en las sinapsis haciendo que los capilares cercanos se dilaten.

Los hallazgos tienen implicaciones para la RMNf, que ha sido utilizada para aclarar que áreas del cerebro son las responsables de muchos procesos de pensamiento, acciones y emociones. La técnica ha llegado a ser un pilar en la neurociencia como la mejor manera de observar la actividad del cerebro de una manera no invasiva. Pero hay una plaga de preguntas sobre estos estudios, así como es difícil saber que está pasando cuando una parte en concreto del cerebro se “enciende” en las imágenes de RMN. Según el Dr.  Sur, es importante para los científicos estar atentos a las imágenes de RMN, ya que reflejan el estatus de los astrocitos, y “las cosas que influyen a los astrocitos, influirán en la señal.”

El Dr. Sur también cree que los astrocitos podrían jugar varios papeles en la función cerebral y en las enfermedades que todavía no se han descubierto. Actualmente está investigando si los astrocitos están implicados en ciertas enfermedades del cerebro, como los cambios en el flujo sanguíneo que se han visto en el alzheimer y en otros trastornos cerebrales.

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El cerebro trabajando:

Las imágenes de microscopía muestran un conjunto de neuronas (verde) y astrocitos (púrpura)  en el cortex visual de animales vivos. Los astrocitos parecen responder a estímulos visuales, al igual que las neuronas.

Cortesía de James Schummers y Hongbo Yu

The researchers describe experiments showing that a type of glia cells called astrocytes respond to visual stimuli along with their neighboring neurons in the visual cortex. Furthermore, the study shows that astrocytes are responsible for sparking the movement of blood into an area of brain activity, the same influx that provides a signal for brain-function studies using MRI.

The findings solve a long-standing mystery as to what functional MRI (fMRI) studies are actually detecting. And because of the importance of blood flow to brain function, the findings also raise the possibility that astrocytes have a previously unrecognized role in brain disorders.

Earlier research on cells taken out of the body suggested that astrocytes might be capable of feats previously attributed only to neurons. But in the new study, the researchers, led by Mriganka Sur, a a professor of neuroscience at MIT, looked in the visual cortex of live ferrets to watch brain-cell responses to visual stimuli. Using high-resolution light microscopy and special dyes that illuminate astrocytes and cell activity, Sur says, “we could tell what the response of a neuron was and how it differed from the response of an astrocyte right next to it.” In the visual system, neurons are finely tuned to different inputs: some detect light and dark edges, for instance, while others detect orientation of an object. Surprisingly, the scientists found that astrocytes were just as specific for certain features as their adjacent neurons, if not more so.

When they administered a drug that blocked astrocytes’ ability to respond to signals from the neurotransmitter glutamate, the increase in blood flow that characterizes the brain’s response to a stimulus disappeared. The finding suggests that astrocytes play an important role as mediator between the chemical signaling of neurons and the resulting flow of blood that brings critical energy to areas with high brain activity. “If you don’t have astrocytes, you don’t get an increase in blood volume,” Sur says. It also shows that increased blood flow is not a direct result of neurons firing but of chemical communication at the synapses between them. Synapses typically have a branch of an astrocyte nearby, either projecting into or wrapping around the synapse. Astrocytes also branch out to nearby blood capillaries. Sur says that astrocytes likely take up neurotransmitters released into synapses and cause nearby capillaries to dilate.

The findings have implications for fMRI, which has been used to illuminate areas of the brain responsible for many thought processes, actions, and emotions. The technique has become a mainstay of neuroscience as the best way to monitor activity in the entire brain noninvasively. But questions have plagued these studies, as it is difficult to know what is happening when a particular part of the brain “lights up” in MRI images. Sur says that it’s important for scientists to be aware that MRI images reflect the status of astrocytes, and that “things that influence astrocytes will influence the signal.”

Sur also believes that astrocytes may play roles in brain function and disease that have yet to be discovered. He is currently investigating whether astrocytes are involved in certain diseases of the brain, as changes in blood flow are seen in Alzheimer’s disease and other brain disorders.

astrocytes_x220Brain at work: Microscopy images show a field of neurons (green) and astrocytes (purple) in the visual cortex of living animals. Astrocytes appear to respond to visual stimuli as neurons do.
Credit: Courtesy of James Schummers and Hongbo Yu

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