1. Plaza Nueva

Conociendo cómo funciona el cerebro y qué sucede en la Enfermedad de Alzheimer

European Project

Sevilla

29/09/2023 18:45

Charla, Microencuentro
Biología, Medicina
Acceso libre

En esta charla divulgativa hablaremos sobre cómo el cerebro procesa la información que recibe del mundo que nos rodea, particularmente de dos funciones cerebrales muy importantes como lo son la memoria y el aprendizaje y los procesos que participan en ello: la plasticidad sináptica y las ondas cerebrales. Hablaremos también sobre la Enfermedad de Alzheimer y lo que sucede en estos procesos durante su progresión, la investigación que realizamos en nuestro laboratorio y hacia dónde se dirigen las nuevas estrategias terapéuticas.

El cerebro es una estructura compleja que nos permite interactuar con el entorno, reaccionar y modificarlo. La corteza cerebral y otras estructuras como el hipocampo de los mamíferos codifican un amplio espectro de estímulos externos e internos de un modo que conlleva al procesamiento eficiente de la información y la ocurrencia de cambios plásticos en el cerebro.

Esta charla de divulgación pretende mostrar el estudio que llevamos a cabo en un proyecto de investigación en el Laboratorio de Neurociencia Celular y Plasticidad de la Universidad Pablo de Olavide de Sevilla. El proyecto está relacionado directamente con los fenómenos de plasticidad sináptica y las oscilaciones de redes neuronales (ondas cerebrales), su papel en el desarrollo del cerebro, el aprendizaje y la memoria. La plasticidad cerebral es una de las propiedades más interesantes del cerebro de los mamíferos y es la capacidad de cambiar en respuesta a la experiencia. La plasticidad está involucrada en el refinamiento de las conexiones entre las neuronas durante el desarrollo y en procesos de aprendizaje y memoria en el adulto. Esta área de investigación es importante para la salud humana, así como para la investigación biomédica básica y traslacional. Un correcto desarrollo del cerebro es crucial para garantizar su correcto funcionamiento, y la memoria es esencial para la formación de la identidad personal y nuestra habilidad para interactuar en el entorno social. La pérdida de esta capacidad funcional representa una de las más devastadoras consecuencias de nuestros tiempos e involucra varios desórdenes del cerebro como la epilepsia, la isquemia y la Enfermedad de Alzheimer (EA). Además, se sabe que los procesos plásticos y las oscilaciones de redes neuronales participan en la forma en que el cerebro reacciona a determinados daños y lesiones. Por tanto, el estudio de los mecanismos involucrados en la plasticidad sináptica y las oscilaciones cerebrales es uno de los retos actuales de la investigación en el campo de la ciencia que estudia el sistema nervioso (la neurociencia), y en particular el cerebro.

Existe una forma de plasticidad sináptica que depende de la coincidencia en el tiempo de la actividad neuronal (STDP, de las siglas en inglés Spike timing-dependent plasticity). Esta es una forma de plasticidad generalizada del cerebro que representa una regla de aprendizaje y que existe en los humanos. Este tipo de plasticidad depende de la coincidencia de los disparos de potenciales de acción de las neuronas conectadas entre sí y debe ocurrir en un orden preciso y en una ventana de tiempo restringida a menos de un segundo. Esta coincidencia y la cooperatividad de la actividad neuronal también da lugar a la aparición de lo que se conoce como oscilaciones de redes neuronales en forma de ritmos u ondas cerebrales. Así, se han descrito y catalogado diferentes tipos de oscilaciones de acuerdo con la frecuencia en que estas ocurren. Un ejemplo de ello lo son las oscilaciones alfa, gamma o theta que se han asociado a determinados estados del organismo (como el sueño o la vigilia) o a determinadas tareas cognitivas como el aprendizaje o la realización de tareas y que se pueden medir en un electroencefalograma o en el laboratorio con electrodos de registros muy finos.  Ambos procesos (STDP y oscilaciones de redes neuronales) son el soporte funcional de funciones cognitivas superiores como la percepción sensorial y la memoria y están alterados en varias enfermedades neurológicas como la epilepsia, la esquizofrenia, la depresión y enfermedades neurodegenerativas como la Enfermedad de Parkinson (EP) o la EA.

Es por esto que el conocimiento de la precisión de la actividad neuronal de acuerdo a cómo las neuronas colaboran entre ellas y se comunican con otras células del cerebro resulta importante, por su implicación en enfermedades del cerebro que involucran deterioro cognitivo como en la EA. En este sentido se ha observado que varios agentes que desencadenan o amplifican el daño al cerebro como lo son la agregación aberrante de moléculas tóxicas, la inflamación del cerebro y la disfunción de otras células del cerebro como las células gliales, pueden alterar dicha precisión de la coincidencia temporal de la actividad de las neuronas. Esto, en consecuencia, provocaría un mal funcionamiento de las redes y circuitos neuronales. Dichas desviaciones funcionales conducirían al deterioro cognitivo típico de varias enfermedades neurodegenerativas, pero los mecanismos exactos aún no se conocen en profundidad.

La EA es una enfermedad que produce la degeneración del cerebro y su síntoma clínico más evidente es la pérdida de la memoria. Aún no contamos con tratamientos efectivos para contrarrestarla, lo que revela un reto social y económico cada vez mayor en una sociedad envejecida. Actualmente, la EA afecta a más de 55 millones de personas en todo el mundo, de las cuales más del 60 % vive en países de ingresos bajos y medios. Dado que la proporción de personas mayores en la población está aumentando en casi todos los países, se espera que esta cifra aumente a 78 millones en 2030 y 139 millones en 2050. Los sistemas de salud tendrán el reto de satisfacer las necesidades de los pacientes y sus cuidadores. Los costos a nivel mundial serán enormes, y la prevención y detección temprana de la EA es una ambición global. Además, ya se sabe que las ondas cerebrales comienzan a deteriorarse mucho antes de la expresión clínica de la enfermedad y, al menos en modelos de roedores, es posible recuperar formas de memoria con intervenciones dirigidas a restablecer la precisión de la actividad neuronal y por ende las propiedades que soportan la ocurrencia de plasticidad y de dichas oscilaciones.

Así, el objetivo del proyecto que desarrollamos en nuestro laboratorio es dilucidar los mecanismos celulares y moleculares involucrados en la generación de oscilaciones neuronales, su papel en el control de la plasticidad sináptica durante el desarrollo del cerebro sano y en modelos de animales de la EA. Esto nos acercará aún más al conocimiento de los procesos patológicos “silentes” que se dan durante la progresión de la enfermedad que puede ocurrir décadas antes de que se manifieste el deterioro cognitivo. Nos permitirá también identificar objetivos terapéuticos concretos y dilucidar tempranamente, “a tiempo”, cuándo puede ser más efectiva una intervención terapéutica para contrarrestar la progresión de la enfermedad. Aún estamos lejos de alcanzar este reto y este estudio es sólo en modelos animales, pero dará luz a las investigaciones futuras en el camino de la búsqueda de una terapia efectiva

Grupo/Departamento de investigación:

Laboratorio de Neurociencia Celular y Plasticidad. Departamento de Fisiología, Anatomía y Biología Celular. Universidad Pablo de Olavide.

Participan:

Yuniesky Andrade Talavera, investigador de la Universidad Pablo de Olavide

Lugar:

Carpa Central Santiago Ramón y Cajal. Plaza Nueva de Sevilla.

Valor que aporta la investigación:

El conocimiento acerca de cómo funciona el cerebro nos permite entender cómo funcionan procesos complejos y cruciales como la memoria y el aprendizaje. Dicho conocimiento proviene de la investigación de esos procesos realizada a varios niveles: desde el nivel molecular (microscópico) y celular hasta experimentos de memoria y aprendizaje en animales modelos y en humanos. Divulgar acerca de la investigación que realizamos en ese sentido permitirá la comprensión de estos mecanismos y procesos complejos del cerebro a un público no especializado en el tema, al mismo tiempo que brinda a la sociedad de un modo más cercano la importancia de realizar este tipo de investigación. El conocimiento de los procesos de formación de la memoria en condiciones fisiológicas nos llevará a una mejor comprensión de los desórdenes que involucran el deterioro o pérdida de esta, como sucede en la enfermedad de Alzheimer. Así, se obtendrá información importante sobre cómo manipular dichos procesos para contrarrestar el deterioro cognitivo típico de la enfermedad, que, a largo plazo, podría generar terapias más eficaces que las actuales.



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