Conocimiento de frontera en torno a la comunicación neuronal

En un microchip de cuatro milímetros cuadrados se conjuga un esfuerzo de más de 30 años de investigación transdiciplinaria que pudiera aproximar al entendimiento de la comunicación celular en el cerebro, y de paso, colocar a México en la frontera del conocimiento de las neurociencias.

Gracias a los 4 mil 96 electrodos que contiene la matriz de alta densidad de microelectrodos se ha podido identificar con precisión y alta definición el oscilamiento que produce la comunicación eléctrica de las neuronas en el hipocampo, lo que puede llevar a comprender mejor la forma en la que fluye la información entre circuitos cerebrales.

El grupo de investigación encabezado por Rafael Gutiérrez Aguilar, adscrito al Departamento de Farmacobiología del Cinvestav Unidad Coapa, además de identificar el flujo de la información neuronal, ha podido realizar un registro eléctrico a muy alta resolución, tanto espacial como temporalmente, para analizar con detalle de micrómetros cómo se mueve la actividad neuronal en el hipocampo y, con una definición de milisegundos, la ruta que sigue esa información. Un resultado que no se había podido lograr a nivel mundial.

“En la actualidad hay pocos grupos científicos en el mundo que usan esta técnica y (la investigación del Cinvestav) nuestro trabajo dio origen a una de las primeras publicaciones con ese grado de detalle sobre las oscilaciones que se dan en el sistema nervioso.

Si bien las oscilaciones neuronales se han estudiado con antelación, nadie la había visto con esta precisión temporal y espacial, con una definición de micrómetros. Ahora sabemos cuánto mide y podemos trazar geográficamente en el tejido cómo se mueve y se transmite entre las neuronas ese tipo de información”, explicó Gutiérrez Aguilar.

A partir del uso de esta técnica, el grupo de investigación del Cinvestav pretende saber cómo es que las células se agrupan para activarse al mismo tiempo y la forma en que mandan la información a otro grupo de células, lo que podría servir para identificar los patrones de la actividad neuronal (como las oscilaciones); un fenómeno que actualmente la neurociencia empieza a descifrar.

Además del análisis del flujo de los voltajes y corrientes de las oscilaciones neuronales, la matriz de alta densidad de microelectrodos permite a los investigadores analizar el funcionamiento individual de miles de neuronas simultáneamente (en la formación hipocampal que es la estructura que estudia el grupo del Cinvestav), ya que algunas se encargar de excitar, otras de inhibir y unas más realizan ambas tareas, con lo que será posible entender mejor cómo se realiza el intercambio de información en el cerebro.

A pesar de que el principal objetivo de este proyecto es la generación de conocimiento de frontera para ciencia básica, el grupo de investigadores ha podido detectar el comportamiento de las oscilaciones neuronales que acontecen en un episodio pre-epiléptico y de esa manera predecir si un tejido cerebral tiende a ser patológico.

Para ello, los investigadores colocaron en la matriz de alta densidad de microelectrodos una parte del hipocampo de un modelo animal de traumatismo craneoencefálico. De esa manera fueron capaces de medir la velocidad de las oscilaciones eléctricas y al identificar que superaba los 400 Hz, pudieron inferir que ese comportamiento es un predictor epiléptico.

Esos resultados son un ejemplo de lo que puede realizar el grupo de Rafael Gutiérrez Aguilar en torno a la comunicación neuronal, aunque el investigador reconoce que para mejorar los resultados precisa de mayores recursos humanos (estudiantes) de áreas afines a la física, matemáticas y biología, así como de contar con un equipo de cómputo muy poderoso para manejar grandes cantidades de información que obtienen de los experimentos.