{"id":80437,"date":"2005-12-01T00:00:00","date_gmt":"2005-12-01T00:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/2005\/12\/01\/las-largas-alas-de-las-neuronas\/"},"modified":"2015-03-26T15:52:59","modified_gmt":"2015-03-26T18:52:59","slug":"las-largas-alas-de-las-neuronas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/las-largas-alas-de-las-neuronas\/","title":{"rendered":"Las largas alas de las neuronas"},"content":{"rendered":"
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MATHEUS VIANA\/USP<\/span>La estructura de las conexiones entre los canales de un hueso (los puntos rojos son los nudos<\/em>): los desv\u00edos evitan obstrucciones MATHEUS VIANA\/USP<\/span><\/p><\/div>\n

Esta vez no son los neur\u00f3logos, sino los f\u00edsicos y los ingenieros quienes plantean propuestas nuevas – y aparentemente \u00fatiles – sobre las neuronas y el funcionamiento del cerebro. Un equipo del Instituto de F\u00edsica de S\u00e3o Carlos ha demostrado que la capacidad de conectarse de las neuronas no depende \u00fanicamente de los caminos ya andados previamente o de conexiones preestablecidas. Depende tambi\u00e9n de la propia forma de las neuronas: cuanto m\u00e1s ramificada es una neurona, m\u00e1s conexiones podr\u00e1 establecer con otras neuronas.<\/p>\n

Esta conclusi\u00f3n parece obvia, pero no por ello deja de ser importante. En Brasil, es probablemente la primera vez que se analiza el sistema nervioso por medio de la Teor\u00eda de las Redes Complejas, uno de los artificios matem\u00e1ticos a trav\u00e9s de los cuales se busca tener una visi\u00f3n integrada de los fen\u00f3menos de la naturaleza. Este camino lleva tambi\u00e9n a otras conclusiones no tan evidentes. Ahora se puede entender mejor por qu\u00e9 la informaci\u00f3n circula con diferentes velocidades dentro del sistema nervioso, por ejemplo. Seg\u00fan los f\u00edsicos, el tr\u00e1nsito es m\u00e1s lento en la corteza, que es la capa m\u00e1s superficial del cerebro, porque las neuronas se distribuyen de manera relativamente uniforme en un espacio plano, y todas se conectan con sus vecinas. Los mensajes son m\u00e1s veloces cuando salen de un punto de la corteza y se dirigen hacia regiones m\u00e1s alejadas por medio de conexiones de largo alcance, con menos intermediarias.<\/p>\n

La Teor\u00eda de las Redes Complejas suministra otras formas de explicar el origen de algunos tipos de retraso mental que, vistas desde esta \u00f3ptica, resultar\u00edan no de la falta de conexiones, tal como se pensaba, sino de su exceso, que obstaculiza el flujo de informaci\u00f3n. En cualquier persona, el n\u00famero y la eficiencia de las conexiones rigen tanto los fen\u00f3menos involuntarios, como es el caso de los latidos card\u00edacos, como los voluntarios: la elecci\u00f3n de la ropa que usaremos por la ma\u00f1ana, por ejemplo.<\/p>\n

Como consecuencia de factores gen\u00e9ticos y de est\u00edmulos ambientales, la forma de las neuronas var\u00eda mucho, y \u00e9stas que pueden ser escasamente o muy ramificadas. Sus ramificaciones pueden ser cortas o largas. Las cortas son las dendritas, que reciben las informaciones provenientes de otras neuronas. Las largas, llamadas axones, miden alrededor de medio metro, y env\u00edan los mensajes. La arquitectura de estas c\u00e9lulas, al permitir establecer m\u00e1s o menos conexiones con otras, puede determinar las conexiones e influir en el funcionamiento del cerebro, el comportamiento humano e incluso el desarrollo de algunas enfermedades. Esto fue lo que demostr\u00f3 el equipo de S\u00e3o Carlos, mediante el an\u00e1lisis de datos biol\u00f3gicos suministrados por otros grupos de investigaci\u00f3n y de simulaciones en computadora del comportamiento de las redes de neuronas. De acuerdo con este grupo, la forma de la neurona es acorde con su funci\u00f3n, de la misma manera que las alas cortas de las gallinas les impiden el vuelo, mientras que las alas de las golondrinas, proporcionalmente m\u00e1s largas, les permiten hacer extensos vuelos. Seg\u00fan Luciano da Fontoura Costa, coordinador del equipo del Instituto de F\u00edsica de S\u00e3o Carlos de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP), esta interdependencia entre forma y funci\u00f3n de las neuronas constituye un paradigma poco explotado por la neurobiolog\u00eda.<\/p>\n

“El funcionamiento global del sistema nervioso depende totalmente de la forma, que, a su vez, determina las interconexiones entre las neuronas”, dice David Schubert, coordinador del laboratorio de neurobiolog\u00eda celular del Instituto Salk, de Estados Unidos. Costa firm\u00f3 con Schubert un estudio publicado en la revista especializada Journal of Neuroscience sobre la aglomeraci\u00f3n de neuronas, que puede determinarse seg\u00fan la adherencia entre ellas y con el ambiente extracelular: cuando se agrupan mucho, pueden surgir problemas como el mal de Alzheimer. “La forma de las c\u00e9lulas nerviosas cambia mucho en enfermedades como el mal de Alzheimer”, asevera Schubert. “La comprensi\u00f3n de la forma de las neuronas y c\u00f3mo \u00e9sta se regula es esencial para dilucidar el funcionamiento del sistema nervioso en condiciones normales o patol\u00f3gicas.”<\/p>\n

Costa, quien en esta ocasi\u00f3n cont\u00f3 con la participaci\u00f3n del posdoctorando Marconi Barbosa, verific\u00f3 que grupos de neuronas con id\u00e9ntica cantidad de elementos, cada uno de ellos con el mismo n\u00famero de conexiones, pero con formas distintas, pueden funcionar de manera diferente. Esta conclusi\u00f3n emergi\u00f3 de un experimento en computadora donde se fij\u00f3 un conjunto de neuronas y se simul\u00f3 una funci\u00f3n – la memoria. De manera general, la memoria m\u00e1s o menos aguzada depende de al menos dos variables: las ramificaciones y la dispersi\u00f3n de las neuronas. “En el caso de la memoria”, sostiene Costa, “lo mejor es que las neuronas tengan ramificaciones con una amplia distribuci\u00f3n espacial”. En un trabajo llevado a cabo con Fernando Rocha y Silene Lima, de la Universidad Federal de Par\u00e1 (UFPA), Costa analiz\u00f3 la distribuci\u00f3n de los fotorreceptores “neuronas especializadas en captar luz” de la retina de un roedor, el agut\u00ed (Dasyprocta agouti). El resultado, publicado en Applied Physics Letters, indica que no existe mejor o peor dispersi\u00f3n de las neuronas. “Dependiendo de la situaci\u00f3n”, dice Costa, “ambos tipos de distribuci\u00f3n funcionan bien”.<\/p>\n

A su vez, Costa y el veterinario Marcelo Beletti, de la Universidad Federal de Uberl\u00e2ndia (UFU), de Minas Gerais, demostraron c\u00f3mo se organizan los canales internos de los huesos que por donde pasan las arterias y las venas por donde fluye la sangre que irriga y nutre la medula \u00f3sea, que es la central de producci\u00f3n de las c\u00e9lulas sangu\u00edneas. Estas estructuras esponjosas, conocidas como canales de Havers y de Volkmann, obedecen a una jerarqu\u00eda similar a la de las calles y avenidas de una ciudad: hay caminos principales y secundarios, y alternativas m\u00e1s largas o m\u00e1s cortas. Tal como se plantea en un art\u00edculo publicado en Physical Review Letters, hay siempre un camino m\u00ednimo entre dos puntos, al margen de haber redundancias: si un canal se obstruye, la sangre encuentra desv\u00edos que compensan el bloqueo.<\/p>\n

Estas conclusiones constituyen el resultado de un estudio de un fragmento de f\u00e9mur de gato, cortado en delgad\u00edsimas rodajas y convertido en im\u00e1genes. La reconstrucci\u00f3n tridimensional del hueso revel\u00f3 la existencia de una red de canales con 852 nudos y 1.016 conexiones. En ella, los equipos de Costa y Beletti encontraron eslabones menos importantes, que pueden cerrarse sin problemas, y otros esenciales, cuya p\u00e9rdida perjudica la irrigaci\u00f3n sangu\u00ednea. Es un conocimiento que puede ayudar a planear cirug\u00edas, implantes y tratamientos m\u00e9dicos m\u00e1s seguros.<\/p>\n

Un peque\u00f1o mundo –<\/strong> La Teor\u00eda de las Redes Complejas sirve de base para una visi\u00f3n m\u00e1s integrada de los organismos vivos, la llamada biolog\u00eda de los sistemas o systems biology. “Las redes complejas se adecuan para modelar y representar los problemas de la biolog\u00eda de los sistemas, pues incorporan las transformaciones de la propia red, con la p\u00e9rdida o el agregado de elementos o de conexiones”, dice Costa.<\/p>\n

Este abordaje ha explicado una caracter\u00edstica inesperada de las interacciones sociales, al plantear que la distancia existente entre dos personas cualesquiera era bastante peque\u00f1a, y que cualquiera podr\u00eda alcanzar a otra sin muchos intermediarios: existen en promedio seis niveles de separaci\u00f3n entre dos habitantes cualesquiera de la Tierra. Te\u00f3ricamente, cualquier lector de esta revista puede conocer a alguien que conoce alguien que conoce a la supermodelo Gisele B\u00fcndchen. \u00c9ste es el as\u00ed llamado peque\u00f1o mundo, una expresi\u00f3n a la que los f\u00edsicos y los soci\u00f3logos ayudaron a dotar de consistencia.<\/p>\n

Una de las consecuencias de la aplicaci\u00f3n de esta teor\u00eda es que, en ciertas ocasiones, algunos elementos de un conjunto – personas, c\u00e9lulas, genes o prote\u00ednas – son m\u00e1s importantes que otros. Hace cinco a\u00f1os, el f\u00edsico h\u00fangaro Albert-L\u00e1szl\u00f3 Barabasi, actualmente en la Universidad de Notre Dame, Estados Unidos, mape\u00f3 las conexiones existentes entre las p\u00e1ginas de internet y descubri\u00f3 que \u00e9stas segu\u00edan la llamada ley de escala: unos pocos nudos – los hubs – hacen muchas conexiones, concentrando el flujo de informaci\u00f3n de la pantalla de las computadoras. Los hubs son como los aeropuertos, como el de Cumbica, en el Gran S\u00e3o Paulo, que centraliza el tr\u00e1fico a\u00e9reo brasile\u00f1o.<\/p>\n

Los artificios matem\u00e1ticos de esta teor\u00eda reducen fen\u00f3menos diferentes a conjuntos de conexiones entre dos o m\u00e1s puntos. Barabasi aplic\u00f3 este concepto a otros problemas de la biolog\u00eda de los sistemas, como por ejemplo la red de interacci\u00f3n de las prote\u00ednas: algunas son m\u00e1s importantes que otras y, si se da\u00f1an, pueden poner en riesgo el funcionamiento del organismo que ayudan a formar.<\/p>\n

Una sociedad de neuronas –<\/strong> Costa empez\u00f3 a aplicar los conceptos de la Teor\u00eda de las Redes Complejas en 2002. Fue cuando el f\u00edsico Dietrich Stauffer, de la Universidad de Colonia, Alemania, lo invit\u00f3 a analizar el funcionamiento de las redes neuronales siguiendo los patrones de conexi\u00f3n de Barabasi. De acuerdo con el modelo cl\u00e1sico, cada neurona se conecta con todos las otras m\u00e1s cercanas, pero la realidad no es precisamente tan democr\u00e1tica. Stauffer y Costa arribaron a un modelo m\u00e1s realista por medio de las redes libres de escala, una de las cr\u00edas m\u00e1s f\u00e9rtiles de las redes complejas, que llevar\u00e1 a la formaci\u00f3n de hubs. De acuerdo con este abordaje, algunas neuronas ser\u00edan m\u00e1s importantes y har\u00edan m\u00e1s conexiones que otras.<\/p>\n

“Las neuronas son como los individuos, que aprenden a vivir en sociedad, que es el cerebro”, compara Costa. “M\u00e1s est\u00edmulos tienden a establecer m\u00e1s conexiones entre neuronas, pero pueden tambi\u00e9n reducir las conexiones.” Seg\u00fan el cient\u00edfico, el funcionamiento del cerebro depende de estas conexiones, seleccionadas desde el nacimiento. El cerebro de un reci\u00e9n nacido contiene alrededor de 100 mil millones de neuronas. Luego migrar de hacia sus sitios definitivos, las c\u00e9lulas nerviosas establecen el mayor n\u00famero posible de conexiones con otras neuronas – alrededor de un bill\u00f3n m\u00e1s de lo que ser\u00edan capaces de usar. Algunos creen que, a los 10 a\u00f1os de edad, sobreviven \u00fanicamente aqu\u00e9llas conexiones m\u00e1s usadas, en raz\u00f3n de los est\u00edmulos del ambiente.<\/p>\n

Costa cree que tiene entre manos herramientas vers\u00e1tiles, que podr\u00edan ayudar a estudiar y solucionar otros problemas, a ejemplo de la identificaci\u00f3n de autores de textos literarios, la interpretaci\u00f3n de im\u00e1genes o la expresi\u00f3n de genes durante el desarrollo animal. Pero tambi\u00e9n sabe que la matem\u00e1tica por s\u00ed sola no resuelve todo. “Trabajos como \u00e9ste solamente se desarrollan con expertos de muchas \u00e1reas, que no s\u00f3lo suministran datos biol\u00f3gicos, sino que tambi\u00e9n son indispensables en la interpretaci\u00f3n de los resultados de las investigaciones.”<\/p>\n

El Proyecto
\n<\/strong>Desarrollo y evaluaci\u00f3n de m\u00e9todos originales y precisos en an\u00e1lisis de formas e im\u00e1genes de visi\u00f3n computacional
\nModalidad
\n<\/em><\/strong>Proyecto Tem\u00e1tico
\nCoordinador
\n<\/strong><\/em>Luciano da Fontoura Costa – IFSC-USP
\nInversi\u00f3n
\n<\/em><\/strong>R$ 1.571.439,06 (FAPESP)
\nR$ 48.000,00 (CNPq)
\nUS$ 180.000,00 (Human Frontier Science Program)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"La cantidad y la eficiencia de las conexiones dependen principalmente de la forma de las c\u00e9lulas nerviosas","protected":false},"author":17,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[],"coauthors":[5968],"class_list":["post-80437","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/80437","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/17"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=80437"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/80437\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=80437"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=80437"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=80437"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=80437"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}