Com adquireixen els cultius neuronals un patró d’activitat coherent i gairebé periòdic?

Neurologia: D’acord amb el paradigma vigent, el sistema nerviós pot entendre’s com una xarxa de neurones interconnectades. Certament, fins i tot el sistema nerviós més senzill (com el que trobem entre les meduses), escapa força a la computació en termes de xarxes neuronals, per l’enorme nombre de nodes (neurones), per l’enorme nombre d’interconnexions (d’intensitat variable i modificable en el temps) i per la interacció d’aquest sistema nerviós amb el seu context orgànic més ample. Tot i amb tot, els cultius de neurones en laboratori, que desenvolupen xarxes neuronals pures de manera espontània, constitueixen un model de continuat interès per a la neurologia fonamental. Les xarxes neuronals, ja en els primers estadis de desenvolupament, comencen a mostrar, espontàniament, sense estímuls externs, un estat coherent d’activitat col·lectiva, amb un patró d’excitacions globals gairebé periòdiques. El mecanisme d’adquisició d’aquest comportament és encara matèria de controvèrsia. Javier G. Orlandi i els seus col·laboradors publicaran properament a la revista Nature Physics una recerca que posa de manifest el rol que l’enfocament en xarxa de l’activitat aleatòria inicial juga en l’establiment ulterior d’una activitat més regular.

Una recerca sobre l’activitat espontània de les xarxes neuronals

Javier G. Orlandi, del Departament d’ECM de la Universitat de Barcelona, ha desenvolupat un model bioinformàtic que reprodueix la formació i maduració d’una xarxa neuronal a partir de neurones cultivades en plaques en el laboratori. Aquest model in silico, concebut en part per Enrique Alvarez-Lacalle, del Departament de Física Aplicada de la Universitat Politècnica de Catalunya, permet la realització de simulacions numèriques. Jordi Soriano, també del Departament d’ECM, concebé i dissenyà una sèrie d’experiments en cultius de laboratori, i comptà amb Sara Teller en la realització i anàlisi d’aquests experiments. Jaume Casademunt contribuí a l’anàlisi teòrica de les dades in silico i in vitro.

Fonamental, els autors combinen, d’una banda, experiments fets en cultiu cel·lular (i amb èmfasi en el seguiment microscòpic de les entrades i sortides de calci de les neurones, emprant tècniques de tinció d’alta resolució) i simulacions informàtiques.

La dialèctica entre la dinàmica i la topologia

L’assoliment d’un patró quasi-regular per part de la xarxa neuronal arrenca a partir d’una fase incipient, caracteritzada per la propagació d’ones d’entrada i sortida de calci. Aquesta activitat incipient, amorfa, comença a nuclear en punts concrets. Ara bé, els punts de nucleació varien de cultiu a cultiu, i depenen de la dinàmica inicial de les neurones individuals i de les relacions topològiques (distància i posició) entre elles.

L’estadi inicial de la xarxa neuronal pot entendre’s a través d’una dinàmica de soroll. En l’activitat espontània apareixen allaus que poden, aleatòriament, concentrar-se en un punt de la xarxa en un moment concret. Aquest fenomen és descrit com “enfocament de soroll”, i condueix a concentrar encara més l’activitat.

Aquest model d’Orlandi et al. no tan sols té aplicació en el coneixement bàsic del funcionament del sistema nerviós, sinó també en la dinàmica general de xarxes. Així, els autors, posen com a exemple, la difusió de rumors en xarxes socials.

Aquesta entrada ha esta publicada en 3. La Vida. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir el correu brossa. Aprendre com la informació del vostre comentari és processada