Publicado 12/11/2021 07:03CET

Descubren una sorprendente diferencia entre las neuronas de los humanos y las de otros mamíferos

Archivo - Tinción para eEF1A2 (rojo) en neuronas del hipocampo de ratones.
Archivo - Tinción para eEF1A2 (rojo) en neuronas del hipocampo de ratones. - IBMB-CSIC - Archivo

MADRID, 12 Nov. (EUROPA PRESS) -

Las neuronas se comunican entre sí a través de impulsos eléctricos, que son producidos por canales iónicos que controlan el flujo de iones como el potasio y el sodio. En un nuevo y sorprendente hallazgo, los neurocientíficos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, han demostrado que las neuronas humanas tienen un número mucho menor de estos canales de lo esperado, en comparación con las neuronas de otros mamíferos, según publican en la revista 'Nature'.

Los investigadores plantean la hipótesis de que esta reducción de la densidad de los canales puede haber ayudado al cerebro humano a evolucionar para funcionar de forma más eficiente, permitiéndole desviar recursos a otros procesos que consumen mucha energía y que son necesarios para realizar tareas cognitivas complejas.

"Si el cerebro puede ahorrar energía reduciendo la densidad de los canales iónicos, puede gastar esa energía en otros procesos neuronales o de circuito", explica Mark Harnett, profesor asociado de ciencias cerebrales y cognitivas, miembro del Instituto McGovern de Investigación Cerebral del MIT, y autor principal del estudio.

Harnett y sus colegas analizaron las neuronas de 10 mamíferos diferentes, el estudio electrofisiológico más extenso de este tipo, e identificaron un "plan de construcción" que es válido para todas las especies que examinaron, excepto los humanos. Descubrieron que, a medida que aumenta el tamaño de las neuronas, también aumenta la densidad de los canales que se encuentran en ellas.

Sin embargo, las neuronas humanas resultaron ser una sorprendente excepción a esta regla. "Estudios comparativos anteriores establecieron que el cerebro humano está construido como el de otros mamíferos, por lo que nos sorprendió encontrar pruebas contundentes de que las neuronas humanas son especiales", afirma Lou Beaulieu-Laroche, antiguo estudiante de posgrado del MIT y autor principal del estudio.

Las neuronas del cerebro de los mamíferos pueden recibir señales eléctricas de miles de otras células, y esa entrada determina si dispararán o no un impulso eléctrico llamado potencial de acción. En 2018, Harnett y Beaulieu-Laroche descubrieron que las neuronas humanas y las de las ratas difieren en algunas de sus propiedades eléctricas, principalmente en partes de la neurona llamadas dendritas, antenas en forma de árbol que reciben y procesan la entrada de otras células.

Uno de los hallazgos de ese estudio fue que las neuronas humanas tenían una menor densidad de canales iónicos que las neuronas del cerebro de las ratas. A los investigadores les sorprendió esta observación, ya que en general se suponía que la densidad de los canales iónicos era constante en todas las especies.

En su nuevo estudio, Harnett y Beaulieu-Laroche decidieron comparar las neuronas de varias especies de mamíferos diferentes para ver si podían encontrar algún patrón que rigiera la expresión de los canales iónicos. Estudiaron dos tipos de canales de potasio activados por voltaje y el canal HCN, que conduce tanto el potasio como el sodio, en las neuronas piramidales de la capa 5, un tipo de neuronas excitadoras que se encuentran en la corteza cerebral.

Para ello, obtuvieron tejido cerebral de 10 especies de mamíferos: Musarañas etruscas (uno de los mamíferos más pequeños conocidos), jerbos, ratones, ratas, cobayas, hurones, conejos, titíes y macacos, así como tejido humano extraído de pacientes con epilepsia durante una operación cerebral. Esta variedad permitió a los investigadores abarcar una gama de grosores corticales y tamaños de neuronas en todo el reino de los mamíferos.

Los investigadores descubrieron que en casi todas las especies de mamíferos que examinaron, la densidad de los canales iónicos aumentaba a medida que aumentaba el tamaño de las neuronas. La única excepción a este patrón fue en las neuronas humanas, que tenían una densidad de canales iónicos mucho menor de lo esperado.

El aumento de la densidad de canales en todas las especies fue sorprendente, asegura Harnett, porque cuantos más canales hay, más energía se necesita para bombear iones dentro y fuera de la célula. Sin embargo, empezó a tener sentido una vez que los investigadores empezaron a pensar en el número de canales en el volumen total de la corteza, dice.

En el diminuto cerebro de la musaraña etrusca, repleto de neuronas muy pequeñas, hay más neuronas en un volumen determinado de tejido que en el mismo volumen de tejido del cerebro de conejo, que tiene neuronas mucho más grandes. Pero como las neuronas del conejo tienen una mayor densidad de canales iónicos, la densidad de canales en un determinado volumen de tejido es la misma en ambas especies, o en cualquiera de las especies no humanas que los investigadores analizaron.

"Este plan de construcción es consistente en nueve especies diferentes de mamíferos --subraya Harnett--. Lo que parece que la corteza trata de hacer es mantener el mismo número de canales iónicos por unidad de volumen en todas las especies. Esto significa que para un determinado volumen de corteza, el coste energético es el mismo, al menos para los canales iónicos".

Sin embargo, el cerebro humano representa una sorprendente desviación de este plan de construcción. En lugar de un aumento de la densidad de los canales iónicos, los investigadores descubrieron una drástica disminución de la densidad prevista de canales iónicos para un volumen determinado de tejido cerebral.

Los investigadores creen que esta menor densidad puede haber evolucionado como una forma de gastar menos energía en el bombeo de iones, lo que permite al cerebro utilizar esa energía para otra cosa, como crear conexiones sinápticas más complicadas entre las neuronas o disparar potenciales de acción a un ritmo mayor.

"Creemos que los humanos han evolucionado a partir de este plan de construcción que antes restringía el tamaño del córtex, y han descubierto una forma de ser más eficientes energéticamente, de modo que se gasta menos ATP por volumen en comparación con otras especies", afirma Harnett.

Ahora espera estudiar a dónde puede ir esa energía extra y si hay mutaciones genéticas específicas que ayuden a las neuronas del córtex humano a lograr esta alta eficiencia. Los investigadores también están interesados en explorar si las especies de primates que están más estrechamente relacionadas con los humanos muestran disminuciones similares en la densidad de los canales iónicos.

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