Investigadores crean mapas cerebrales después de una lesión cerebral traumática

Resumen: Un nuevo estudio de mapeo cerebral ha encontrado que el daño a una parte del cerebro cambia las conexiones entre las neuronas en todo el cerebro.

fuente: Universidad de California, Irvine

Científicos de la Universidad de California, Irvine, han descubierto que una lesión en una parte del cerebro cambia las conexiones entre las neuronas de todo el cerebro.

La nueva investigación fue publicada esta semana en Comunicaciones de la naturaleza.

Cada año en los Estados Unidos, aproximadamente dos millones de estadounidenses sufren una lesión cerebral traumática (TBI). Los sobrevivientes pueden vivir con discapacidades físicas, cognitivas y emocionales de por vida. Actualmente, no hay cura.

Uno de los mayores desafíos para los neurocientíficos ha sido comprender completamente cómo TBI cambia la diafonía entre diferentes células y regiones del cerebro.

En el nuevo estudio, los investigadores han mejorado un proceso llamado iDISCO, que utiliza solventes para hacer que las muestras biológicas sean transparentes. El proceso deja atrás un cerebro completamente sano que puede iluminarse con un láser y obtener imágenes en 3D utilizando microscopios especializados.

A través de procesos de limpieza cerebral mejorados, el equipo de la UCI mapeó las conexiones neuronales en todo el cerebro. Los investigadores se centraron en las conexiones con las neuronas inhibidoras, porque estas neuronas son muy vulnerables a la muerte tras una lesión cerebral. El equipo primero observó el hipocampo, una región del cerebro responsable del aprendizaje y la memoria.

Luego examinaron la corteza prefrontal, una región del cerebro que trabaja con el hipocampo. En ambos casos, las imágenes mostraron que las neuronas inhibitorias obtienen muchas conexiones de las neuronas vecinas después de la TBI, pero se separan del resto del cerebro.

«Sabemos desde hace mucho tiempo que la comunicación entre diferentes células cerebrales puede cambiar drásticamente después de una lesión», dijo Robert Hunt, PhD, profesor asociado de anatomía y neurociencia y director del Centro de Investigación de Epilepsia de la Facultad de Medicina de la UCSD. . El laboratorio realizó el estudio, «pero aún no hemos podido ver qué sucede en todo el cerebro».

Para observar más de cerca las conexiones cerebrales dañadas, Hunt y su equipo idearon una técnica para revertir el procedimiento de limpieza y examinar el cerebro con métodos anatómicos convencionales.

Sorprendentemente, los resultados mostraron que las largas protuberancias de las neuronas distales todavía estaban presentes en el cerebro dañado, pero que ya no formaban conexiones con las neuronas inhibitorias.

«Parece que todo el cerebro se vuelve a cablear cuidadosamente para acomodar el daño, independientemente de si hubo o no una lesión directa en el área», explicó Alexa Tierno, estudiante de posgrado y primera autora del estudio. «Pero es posible que las diferentes partes del cerebro no funcionen juntas tan bien como lo hacían antes de la lesión».

Luego, los investigadores querían determinar si las neuronas inhibidoras podrían volver a conectarse a regiones cerebrales distantes.

Para averiguarlo, Hunt y su equipo trasplantaron nuevas neuronas internas en el hipocampo dañado y mapearon sus conexiones, basándose en investigaciones previas del equipo que muestran que el trasplante de neuronas internas puede mejorar la memoria y detener las convulsiones en ratones con TBI.

Las nuevas neuronas recibieron conexiones apropiadas de todo el cerebro. Si bien esto puede significar que es posible atraer al cerebro lesionado para que repare estas conexiones faltantes por sí solo, Hunt dijo que aprender a integrar las neuronas internas implantadas en los circuitos cerebrales dañados es esencial para cualquier intento futuro de usar estas células para reparar el cerebro. .

«Nuestro estudio es una adición muy importante a nuestra comprensión de cómo las cepas inhibidoras algún día pueden usarse terapéuticamente para tratar lesiones cerebrales traumáticas, epilepsia u otros trastornos cerebrales», dijo Hunt.

«Algunas personas han sugerido que implantar neuronas endógenas puede rejuvenecer la actividad cerebral mediante la liberación de sustancias desconocidas para mejorar la capacidad regenerativa innata, pero descubrimos que las nuevas neuronas están realmente conectadas al cerebro».

Hunt espera desarrollar una terapia celular para personas con TBI y eventualmente epilepsia. El equipo de la UCI ahora está repitiendo experimentos utilizando neuronas inhibidoras producidas a partir de células madre humanas.

«Este trabajo nos acerca un paso más a una futura terapia basada en células para las personas –apunta Hunt–. Comprender los tipos de plasticidad que existen después de una lesión nos ayudará a reconstruir el cerebro lesionado con un grado muy alto de precisión. Sin embargo, es es muy importante que avancemos sabiamente hacia esa meta, eso lleva tiempo”.

Jan C. Frankowski, doctorado; Shreya Bavani Quincy Kao y David C. Lyon, quienes también tienen doctorados, contribuyeron a este estudio.

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Financiación: La financiación fue proporcionada por los Institutos Nacionales de Salud.

Acerca de esta investigación Noticias TBI

autor: es de color rosa
fuente: Universidad de California, Irvine
Contacto: Anne Ward – Universidad de California en Irvine
imagen: La imagen es de dominio público.

búsqueda original: acceso abierto.
«Reconstrucción de circuitos inhibitorios en todo el cerebro después de una lesión cerebral traumáticaEscrito por Robert Hunt et al. Conectando con la naturaleza

Resumen

Reconstrucción de circuitos inhibitorios en todo el cerebro después de una lesión cerebral traumática

A pesar de la importancia fundamental de comprender el diagrama de cableado, nuestro conocimiento de cómo se reconfiguran las conexiones neuronales en TBI sigue siendo marcadamente incompleto.

Aquí usamos imágenes de todo el cerebro a resolución celular para generar mapas de entradas neuronales inhibitorias en todo el cerebro en un modelo de ratón de lesión cerebral traumática.

Descubrimos que las interneuronas de somatostatina se desvían hacia axones altamente conectados en múltiples regiones del cerebro, con ricas conexiones de red local pero entradas de largo alcance menguantes, incluso en áreas no afectadas directamente.

La pérdida de entrada a largo plazo no está asociada con la pérdida de células en regiones distantes del cerebro. Las interneuronas implantadas en el sitio de la lesión reciben entradas controladas, de largo alcance y localizadas, lo que indica que el mecanismo para establecer conexiones distales permanece intacto incluso después de una lesión grave.

Nuestros resultados revelan una estrategia potencial para mantener y mejorar la inhibición después de una lesión cerebral traumática que implica la reorganización espacial de las entradas directas a las neuronas inhibitorias en todo el cerebro.