La hipótesis de la D-serina. a, b) El deslizamiento del umbral de modificación sináptica del circuito de retroalimentación mediado por astrocitos θ en función de la actividad postsináptica muestra sorprendentes similitudes con el postulado y de BCM. C) Un aumento (disminución) de la concentración de D-serina en la sinapsis promueve la LTP (LTD). D) La regulación astrocítica de la d-serina proporciona una peculiar dependencia en forma de campana de la frecuencia de la excitación postsináptica, similar a la dependencia superlineal del umbral de BCM de la actividad postsináptica. Crédito: Biología de la comunicación (2024) DOI: 10.1038/s42003-024-06540-8
Las células gliales en forma de estrella, llamadas astrocitos, son más que una célula madre en el cerebro. Participan activamente en los procesos de aprendizaje y se comunican con las células nerviosas. Pero ¿qué hacen exactamente los astrocitos?
Investigadores del Hospital Universitario de Bonn (UKB) y de la Universidad de Bonn están utilizando un modelo biofísico para dilucidar cómo interactúan los astrocitos con las células nerviosas para controlar la rápida adaptación a nueva información. Los resultados del estudio ya se han publicado Biología de la comunicación.
En el cerebro, la plasticidad sináptica (la capacidad de cambiar las conexiones neuronales con el tiempo) es fundamental para el aprendizaje y la memoria. Tradicionalmente, la ciencia se ha centrado en las células nerviosas y sus sinapsis. Descubrimiento intracelular de Ca2+ La señalización en los astrocitos llevó a la idea de que los astrocitos son más que el pegamento que mantiene unido el cerebro y desempeñan un papel fundamental en este proceso.
«La disfunción de los astrocitos puede afectar significativamente nuestra capacidad de aprender, destacando su importancia en los procesos cognitivos. Sin embargo, las funciones exactas de los astrocitos han seguido siendo enigmáticas durante mucho tiempo», dijo el líder del grupo de investigación de la UKB y coautor principal, el Prof. Miembro del Instituto de Investigación Experimental en Epileptología y Cognición y del Área de Investigación Transdisciplinaria (TRA) «Modelado» de la Universidad de Bonn.
Desentrañando la compleja danza de las interacciones celulares durante el aprendizaje
«Nuestro trabajo como neurocientíficos computacionales es utilizar el lenguaje matemático para interpretar observaciones experimentales y construir modelos coherentes del cerebro», dijo el Prof. El coautor principal, el Dr. Chumachenko, becario postdoctoral del grupo de Chumachenko. Dice Pietro Virgelli.
En este contexto, los investigadores desarrollaron un modelo biofísico de aprendizaje basado en un circuito de retroalimentación bioquímica entre astrocitos y neuronas. Recientemente la Dra. Kirsten Baumbach, Prof. Descubierto por Christian Henneberger y otros investigadores de DZNE y UKB.
Un modelo biofísico explica el déficit de aprendizaje observado en ratones con regulación astrocítica alterada y destaca el papel fundamental que desempeñan los astrocitos en la rápida adaptación a nueva información. Al regular los niveles del neurotransmisor d-serina, los astrocitos facilitan la capacidad del cerebro para adaptarse y reconectar eficientemente sus conexiones sinápticas.
«Nuestro marco matemático no sólo explica las observaciones empíricas, sino que también proporciona nuevas predicciones comprobables sobre el proceso de aprendizaje», dijo el primer autor Lorenzo Squadroni, Ph.D. Un estudiante del grupo de Chumachenko.
Este hallazgo cierra la brecha entre los modelos teóricos de plasticidad y los hallazgos experimentales de interacciones entre neuronas y células gliales. Esto destaca la regulación astrocítica como la base fisiológica de las adaptaciones sinápticas dinámicas, un concepto central de la plasticidad sináptica.
«Nuestros hallazgos contribuyen a una mejor comprensión de los mecanismos moleculares y celulares que subyacen al aprendizaje y la memoria y brindan nuevas oportunidades para intervenciones terapéuticas dirigidas a los astrocitos para mejorar las funciones cognitivas», afirmó el Prof.
Más información:
Lorenzo Squadroni et al., Los astrocitos mejoran la plasticidad de la respuesta durante el aprendizaje inverso, Biología de la comunicación (2024) DOI: 10.1038/s42003-024-06540-8
Proporcionado por la Universidad de Bonn
referencia: Neurocientíficos computacionales muestran cómo los astrocitos mejoran el aprendizaje flexible (2024, 18 de julio) Consultado el 19 de julio de 2024 en https://medicalxpress.com/news/2024-07-neuroscientists-astrocitos-flexible.html
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