Parallel processing of quickly and slowly mobilized reserve vesicles in hippocampal synapses.

Un estudio del Instituto de Neurociencias avanza en la comprensión del funcionamiento de las sinapsis.

– El trabajo, publicado en la revista eLife, plantea que las sinapsis procesan la información a medida que se transmiten.
– Mejorar el conocimiento sobre el procesamiento de la información en humanos permitirá desarrollar mejores tratamientos para las enfermedades mentales.

(Foto: John F. Wesseling y Juan José Rodríguez Gotor, investigadores del IN-CSIC-UMH)

El cerebro humano procesa información de forma muy poderosa, según algunas medidas, este órgano es incluso más potente que los circuitos de los ordenadores más rápidos. Hay principios del diseño cerebral que se conocen desde hace décadas y los esfuerzos continuados por investigar en profundidad estos procesos ha permitido desarrollar nuevos algoritmos que han hecho posibles los recientes avances en materia de inteligencia artificial (IA). Sin embargo, el conocimiento sobre cómo el cerebro procesa la información es todavía limitado y los principios clave de este proceso todavía están por descubrir.

Un componente central del cerebro son las sinapsis, las estucturas que conectan neuronas individuales para formar masivas redes paralelas. La idea convencional es que la función de las sinapsis es transmitir información. Sin embargo la investigación llevada a cabo en el laboratorio Fisiología molecular y celular de la transmisión sináptica, que dirige John Wesseling en el Instituto de Neurociencias (IN), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche, apunta a que las sinapsis se constituyen como un mecanismo sofisticado que procesa la información a medida que se transmite.

Este estudio, publicado recientemente en la revista eLife, plantea la teoría de que las sinapsis individuales funcionan como si fueran matrices multiplexadas de filtros paso banda, y cada uno es ajustable de manera independiente. “Nuestro objetivo ahora es probar esta teoría” señala John Wesseling y explica que esta nueva hipótesis predice que, cuando no se usan, el neurotransmisor almacenado en la sinapsis se está segregado en múltiples módulos, denominados ‘reserve pools’, que se activan de forma paralela y no se mezclan nunca.

Este estudio, que ha contado con la colaboración de la investigadora del IN Isabel Pérez Otaño y del investigador Kashif Mahfooz, de la Universidad de Oxford (Reino Unido), demuestra que la predicción es correcta: hay múltiples reservas en sinapsis individuales y sus contenidos no se mezclan. “Nuestros resultados no son compatibles con las ideas convencionales y sugieren que estamos en el camino hacia el descubrimiento de un nuevo principio fundamental de la computación biológica” explica Juan José Rodríguez Gotor, primer autor del artículo.

“Es posible que la comprensión más profunda de la transmisión sináptica que está emergiendo de nuestros estudios y de los de otros grupos que están investigando en este campo, transforme la computación diseñada por humanos una vez más”, destaca Wesseling y hace hincapié en que el objetivo principal de las investigaciones que está desarrollando en su laboratorio es mejorar la salud humana: “Creemos que un mejor conocimiento del procesamiento de información en humanos redundará en mejores tratamientos para muchas enfermedades mentales”.

Este trabajo ha sido posible gracias a la financiación de la Agencia Estatal de Investigación – Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades y el Programa PROMETEO de la Generalitat Valenciana.