Las células del cerebro tienen un reloj interno capaz de medir el tiempo

Hasta ahora se había creído que el fortalecimiento o el debilitamiento de los contactos entre las células del cerebro eran los únicos mecanismos que tenían las células individuales para aprender.

Ahora, se ha descubierto un tercer mecanismo por el cual las células nerviosas individuales aprenden de los estímulos que reciben. Este tercer mecanismo consiste en una especie de reloj interno celular capaz de medir el tiempo de sus reacciones.

Según un estudio recientemente publicado en PNAS, coordinado por Germund Hesslow, profesor de neurofisiología de la Universidad de Lund (Suecia), con participación de Riccardo Zucca, investigador doctoral del grupo de investigación en Sistemas Sintéticos Perceptivos, Emotivos y Cognitivos (SPECS) del departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC) de la Universitat Pompeu Fabra.

Los científicos afirman que esta novedad hace aumentar drásticamente la capacidad de aprendizaje del cerebro. En este estudio, los investigadores han trabajado con las células responsables del mecanismo que controla el reflejo del parpadeo, pero hay muchas más células del mismo tipo que controlan otros procesos importantes. Es probable que este nuevo mecanismo de temporización celular que se acaba de identificar exista también en otras células individuales del cerebro.

Los científicos afirman que esta novedad hace aumentar drásticamente la capacidad de aprendizaje del cerebro

Paradigma de los reflejos condicionados

Las células de Purkinje localizadas en el cerebelo, un área del cerebro responsable de la postura, el equilibrio y el movimiento del cuerpo, son las que han servido de modelo para el estudio, más concretamente, se han observado las células que controlan el parpadeo como respuesta a un estímulo externo.

La fase experimental del estudio se ha basado en el paradigma de reflejos condicionados de Pavlov. Los investigadores condicionaron animales de laboratorio de forma que, cada vez que sentían un determinado sonido un soplo de aire les hacía parpadear.

Según ha manifestado Zucca: “una vez condicionados, dado que el tiempo inicial entre el sonido y el soplo de aire era de un cuarto de segundo, pudieron comprobar que en ausencia del soplo de aire, los animales al oír el sonido, parpadeaban al cabo de un cuarto de segundo igualmente. Y así se fue repitiendo y confirmando a medida que los investigadores alargaban el período de tiempo comprendido entre el sonido y el soplo de aire”.

Aprender en el momento de reaccionar

Las teorías vigentes hasta el momento afirmaban que el condicionamiento al aprendizaje, descrito anteriormente, sería el resultado de mecanismos de fortalecimiento y debilitamiento de la señal en las sinapsis que se establecen en redes neuronales. Sin embargo, el uso de electrodos extracelulares extremadamente delgados ha puesto de manifiesto que no se necesita una red neuronal, sino que una sola célula puede aprender en el momento de reaccionar.

Los principios que rigen los mecanismos de aprendizaje identificados en este trabajo, podrían tener múltiples aplicaciones en el futuro, como en la rehabilitación de las capacidades motoras tras daño cerebral, así como también en la comprensión y el tratamiento del autismo, el TDAH y problemas de lenguaje, procesos todos ellos en los que el cerebelo desempeña un papel importante.

Los resultados de este estudio han suscitado mucha expectación en la comunidad científica. Por ello, la investigación tiene previsto continuar con el fin de elucidar qué sustancia transmisora ​, o neurotransmisor, y qué receptores de la membrana celular están implicados en este nuevo mecanismo de temporización recién descubierto.

Referencia bibliográfica:

Fredrik Johansson, Dan-Anders Jirenhed, Anders Rasmussen, Riccardo Zucca, and Germund Hesslow (2014). “Memory trace and timing mechanism localized to cerebellar Purkinje cells”, PNAS , 29 de septiembre, doi:10.1073/pnas.1415371111.

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