Flexibilidad cognitiva: clave para la conexión neuronal para adaptarse al descubrimiento del cambio

Resumen: Un descubrimiento reciente ha identificado un tipo específico de conexión neuronal en la corteza prefrontal responsable de actualizar nuestra comprensión del mundo y sus reglas.

La conexión, formada por neuronas inhibitorias, se comunica con neuronas ubicadas muy lejos en el hemisferio opuesto de la corteza prefrontal. El papel de esta conexión se exploró mediante una ingeniosa prueba con ratones, en la que se descubrió que los ratones incapaces de adaptarse al cambio tenían conexiones neuronales inhibidoras de largo alcance deshabilitadas.

El descubrimiento contribuye a nuestra comprensión de la función cerebral y podría ayudar a estudiar condiciones como la esquizofrenia, el trastorno bipolar o el trastorno del espectro autista, donde a los pacientes les resulta difícil adaptarse al cambio.

Reflejos:

1. El estudio descubrió un tipo específico de conexión neuronal en la corteza prefrontal, formada por neuronas inhibidoras, que actualiza nuestra percepción del mundo y sus reglas.
2. Estas neuronas inhibidoras se comunican con neuronas situadas lejos de ellas, en el hemisferio opuesto de la corteza prefrontal.
3. Cuando estas conexiones neuronales inhibitorias de largo alcance se desactivaron en ratones, los ratones no pudieron adaptarse a los cambios, lo que sugiere posibles implicaciones para afecciones psiquiátricas como la esquizofrenia, el trastorno bipolar y los trastornos del espectro autista.

Fuente: Instituto del cerebro de París

Para adaptarse a los cambios percibidos en nuestro entorno, el cerebro actualiza constantemente la actividad de los circuitos neuronales en la corteza prefrontal, una región involucrada en la atención, la anticipación y la toma de decisiones.

Pero hasta ahora, los investigadores no sabían qué mecanismos eran los responsables de estas modificaciones, que son esenciales para la supervivencia de roedores, primates y humanos.

“Al estudiar esta capacidad fascinante, encontramos un tipo específico de conexión neuronal en la corteza prefrontal que ayuda a actualizar nuestra representación del mundo y, lo que es más importante, sus reglas”, dice Kathleen Cho, investigadora en “Fisiología celular del equipo de microcircuitos corticales”. en el Instituto del Cerebro de París.

“Gracias a ella, no persistimos en utilizar una estrategia inapropiada para lograr un objetivo. Como escribir un código obsoleto una y otra vez para abrir una puerta.

Esta conexión recién descubierta está formada por neuronas inhibitorias, una clase de células nerviosas capaces de amortiguar la actividad de otras neuronas. Los investigadores pensaron que estas neuronas inhibidoras transmitían información eléctrica y química a las áreas cercanas. Pero mientras exploraban cómo funcionan en ratones, Kathleen Cho y sus colegas de la Universidad de California hicieron un descubrimiento importante.

“Observamos que una subclase de neuronas inhibidoras, las interneuronas que expresan parvalbúmina, podían comunicarse con neuronas situadas muy lejos de ellas, en el hemisferio opuesto de la corteza prefrontal”, explica el investigador.

Los secretos de una relación a distancia

Para comprender mejor la función exacta de estas interneuronas, el equipo observó su actividad en ratones en una prueba ingeniosa. Los investigadores presentaron a los animales cuencos en los que se escondía la comida.

Al principio, la presencia de ajo o arena en el recipiente indicaba la ubicación precisa de la recompensa. Luego, esta pista fue reemplazada por otra, lo que obligó a los ratones a identificar y explotar la nueva regla para encontrar la comida.

Sin embargo, cuando las famosas conexiones neuronales inhibidoras de larga distancia se desactivaron en un grupo de roedores mediante una técnica optogenética, se descubrió que no podían adaptarse al cambio.

Siguieron buscando alimento dondequiera que detectaran arena o olor a ajo. De alguna manera, los ratones estaban atrapados en sus viejas costumbres…

Los investigadores también demostraron que las conexiones inhibitorias de larga distancia sincronizaban variaciones en la actividad eléctrica neuronal de alta frecuencia (oscilaciones gamma) entre los dos hemisferios de la corteza prefrontal.

“Esta sincronización se asoció con un evento particular: el momento en que los ratones se dieron cuenta de que la regla ya no era válida”, explica Cho.

Los efectos de esta sincronización, sorprendentemente, persisten en el tiempo. Los ratones cuyas interneuronas que expresan parvalbúmina habían sido eliminadas permanecieron incapaces de integrar nuevas reglas durante varios días.

Posteriormente, la estimulación artificial de sincronización gamma compensó este déficit y restauró por completo sus capacidades adaptativas.

Una ligera falta de flexibilidad.

Investigaciones anteriores han demostrado una sincronización deficiente de las ondas gamma en la corteza prefrontal, y existen anomalías en las neuronas inhibidoras en muchos pacientes esquizofrénicos. Esta enfermedad psiquiátrica provoca una gran dificultad para adaptarse al cambio, un síntoma que también se observa en el trastorno bipolar o el trastorno del espectro autista.

Se necesitarán más estudios para determinar qué papel podrían desempeñar las conexiones neuronales inhibidoras disfuncionales en estas enfermedades.

“No sabemos con precisión qué células de la corteza prefrontal reciben información a través de estas conexiones de larga distancia”, añade el investigador. Tampoco sabemos qué mecanismos moleculares están involucrados en los cambios a largo plazo en la actividad neuronal”.

Responder a estas preguntas podría ayudarnos a comprender en qué condiciones el cerebro renuncia a retener cierta información… y se abre a la novedad.

Sobre esta noticia de investigación en neurociencia

Autor: María Simón
Fuente: Instituto del cerebro de París
Contactar: Marie Simon – Instituto del Cerebro de París
Imagen: La imagen está acreditada a Neuroscience News.

Investigacion original: Acceso libre.
“La inhibición de largo alcance sincroniza y actualiza la actividad de la tarea prefrontal” por Kathleen Cho et al. Naturaleza

Abstracto

La inhibición de largo alcance sincroniza y actualiza la actividad de la tarea prefrontal

Los cambios en los patrones de actividad dentro de la corteza prefrontal medial permiten que los roedores, los primates no humanos y los humanos actualicen su comportamiento para adaptarse a los cambios en el entorno, por ejemplo, durante las tareas cognitivas.

Las neuronas inhibidoras que expresan parvalbúmina en la corteza prefrontal medial son importantes para aprender nuevas estrategias durante una tarea de cambio de reglas, pero las interacciones del circuito que cambian la dinámica de la red prefrontal de mantener a actualizar los patrones de actividad relacionados con la tarea siguen siendo desconocidas. Aquí describimos un mecanismo que conecta las neuronas que expresan parvalbúmina, una nueva conexión inhibitoria callosa y cambios en las representaciones de tareas.

Si bien la inhibición no específica de todas las proyecciones callosas no evita que los ratones aprendan cambios de reglas o interrumpan la evolución de los patrones de actividad, la inhibición selectiva de solo las proyecciones callosas de las neuronas que expresan parvalbúmina perjudica el aprendizaje de cambio de reglas, desincroniza la actividad de frecuencia gamma necesaria para el aprendizaje y suprime la reorganización de los patrones de actividad prefrontal que normalmente acompaña al aprendizaje de cambio de reglas.

Esta disociación revela cómo las proyecciones que expresan la parvalbúmina callosa cambian el modo de funcionamiento de los circuitos prefrontales de mantenimiento a actualización al transmitir sincronización gamma y activar la capacidad de otras entradas callosas para mantener representaciones neuronales previamente establecidas.

Por lo tanto, las proyecciones callosas de las neuronas que expresan parvalbúmina representan un lugar de circuito clave para comprender y corregir los déficits en la flexibilidad conductual y la sincronía gamma que se han implicado en la esquizofrenia y afecciones relacionadas.