Una investigación en la que participa el Instituto de Neurociencias de Alicante ha descubierto que los grupos de neuronas que funcionan como nodos críticos para el funcionamiento de las redes de memoria del hipocampo se localizan, en realidad, en el núcleo accumbens, una estructura del sistema de recompensa del cerebro. El hallazgo puede servir como guía para la cirugía del tumor cerebral mediante la identificación de áreas esenciales que se deben preservar durante la resección.
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| Las redes neuronales se conectan siguiendo una topología que maximiza la estabilidad, un ejemplo para las redes creadas por el hombre. / Birth Into Being |
Científicos del Instituto de Neurociencias de Alicante han descrito en ratones que los grupos de neuronas que funcionan como nodos críticos en las redes de memoria del hipocampo se localizan, en realidad, en el núcleo accumbens, una estructura del sistema de recompensa del cerebro. El trabajo, que publica Nature Communications, abre la puerta el diseño de protocolos dirigidos a estos nodos críticos en el cerebro para reforzar conexiones entre redes neuronales cerebrales, como la de la memoria.
“Nuestros resultados tienen implicaciones prácticas para tratar patologías del cerebro basadas en la conectividad funcional, como la adicción a sustancias de abuso, la esquizofrenia o la depresión. Permite, por ejemplo, diseñar protocolos de intervención dirigidos a nodos críticos en el cerebro para manipular su actividad, buscando reforzar conexiones entre redes neuronales cerebrales, por ejemplo, para reforzar la memoria”, explica Santiago Canals, del INA.
Canals apunta que algunas herramientas clínicas, como la estimulación magnética transcraneal o la estimulación cerebral profunda, podrían beneficiarse de esta aproximación localizando las áreas a estimular en algunos trastornos neurológicos o psiquiátricos, especialmente aquellos que se cree que son el resultado de las disfunciones de la red. El hallazgo puede servir también como guía para la cirugía del tumor cerebral mediante la identificación de áreas esenciales que se deben preservar durante la resección.
Para integrar toda la información que recibe, el cerebro primero la distribuye en redes especializadas que interaccionan de manera jerárquica a medida que el procesamiento cognitivo requiere niveles más altos de integración. Entender cómo coordina el cerebro el flujo de información en un sistema de esta naturaleza e identificar las poblaciones de neuronas, o nodos críticos en la red cerebral, que son necesarios para hacerlo, es un problema fundamental en neurociencia. Estos nodos críticos son esenciales para la integración de las redes que intervienen en procesos tan importantes como el aprendizaje.
Para abordar este problema, las teorías más habituales de análisis de redes se fijan en los nodos hiperconectados, llamados hubs, es decir, lo que reciben muchas conexiones. Sin embargo, gracias a la colaboración entre Canals y Hernán Makse, del Instituto Levich de Física de la Universidad de la Ciudad de Nueva York, se han localizado qué nodos, por su posición estratégica, son “críticos” para favorecer la formación de memorias, aunque no reciban tantas conexiones como los hubs, en los que hasta ahora se había centrado la atención.
“El resultado ha sido una sorpresa”, subraya Canals, porque encontramos que “los nodos críticos para el funcionamiento de las redes de memoria del hipocampo se localizan, en realidad, en el núcleo accumbens, una estructura que forma parte del sistema de recompensa del cerebro. Algo que no hubiéramos podido predecir a priori. Hasta ahora sabíamos que el núcleo accumbens participa en la formación de memorias, entre otras funciones, pero desconocíamos su papel fundamental para estabilizar la interacción entre el hipocampo y otras regiones de la corteza cerebral, como acabamos de descubrir. Estas interacciones son fundamentales para la consolidación a largo plazo de las memorias”.
Actualización de los recuerdos
Este estudio sugiere que las memorias que requieren la interacción del hipocampo y la corteza prefrontal necesitan también la intervención del núcleo accumbens para formarse. Los resultados se confirman con la inactivación farmacogenética del núcleo accumbens, que elimina por completo la formación de la red de memoria, mientras que la inactivación de otras áreas del cerebro deja intacta esta red.
El trabajo también apunta a que la sincronización entre el núcleo accumbens, el hipocampo y la corteza prefrontal, a la hora de almacenar nueva información, proporciona un mecanismo para la actualización de los recuerdos que guiará los comportamientos futuros, de acuerdo con la información almacenada en el pasado.
Este resultado tiene implicaciones importantes para las numerosas investigaciones sobre la patología del cerebro que buscan alteraciones críticas en la conectividad funcional. El objetivo es utilizarla como biomarcadores diagnósticos y de pronóstico de distintas patologías.
Referencia bibliográfica:
Gino Del Ferraro, et al, “Finding influential nodes for integration in brain networks using optimal percolation theory”. Nature Communications volume 9, 2018
Fuente: Instituto de Neurociencias de Alicante
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