Descubren que cada impulso eléctrico de una neurona conserva rastros del pasado inmediato

Los impulsos eléctricos producidos por una misma neurona no son siempre iguales. Blanca Martin-Burgos y Bradley Voytek, junto con otros investigadores, detectaron cambios en su forma vinculados con la actividad que había recibido la célula antes de disparar. Algunas características seguían asociadas con lo ocurrido cientos de milisegundos antes.

El equipo analizó los potenciales de acción, las breves descargas eléctricas que aparecen cuando una neurona alcanza el umbral necesario para activarse. La amplitud, la duración y otros rasgos variaron incluso entre impulsos generados por una misma célula. Los resultados fueron difundidos como preprint y todavía deberán atravesar el proceso de revisión por pares.

En muchos estudios, cada potencial de acción termina convertido en un punto que marca cuándo ocurrió. La forma de la descarga queda afuera para facilitar el análisis de grandes cantidades de actividad neuronal. En los registros examinados, sin embargo, esas diferencias conservaban información sobre el estado reciente de la célula.

Una señal de un milisegundo con rastros de medio segundo antes

La primera parte del trabajo utilizó registros de dos neuronas de ratón sometidas a tres tipos de estimulación eléctrica. Los científicos aplicaron una corriente constante, otra que aumentaba progresivamente y una tercera con variaciones irregulares. La forma de los potenciales cambió según el estímulo recibido.

Una de las neuronas tenía suficientes registros para hacer una prueba adicional. Un modelo de aprendizaje automático identificó el tipo de corriente con una precisión del 78,4% utilizando solamente las características de cada descarga. Algunos de esos rasgos estaban asociados con actividad ocurrida hasta 500 milisegundos antes.

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La diferencia resulta llamativa porque un potencial de acción dura cerca de un milisegundo. Algunos detalles de su forma seguían vinculados con actividad ocurrida hasta medio segundo antes. Una señal extremadamente breve podía contener así rastros de cambios eléctricos bastante anteriores al disparo.

Después se analizaron registros espontáneos de 40 neuronas de rata, sin reproducir las corrientes controladas de la primera prueba. En 30 aparecieron más de un patrón de descarga dentro de una misma célula. Algunas diferencias eran suficientemente grandes como para que sus impulsos pudieran confundirse con los producidos por neuronas distintas.

Una misma neurona puede parecer varias

El spike sorting utiliza, entre otros rasgos, la forma de cada impulso para separar las señales captadas por electrodos y atribuirlas a distintas neuronas. Si una misma célula modifica esa forma según su estado, algunas descargas podrían terminar clasificadas como si procedieran de células diferentes. El problema afecta especialmente a registros donde muchas neuronas son observadas al mismo tiempo.

Los investigadores también compararon los potenciales de acción con la actividad eléctrica alrededor de cada célula. La relación apareció en buena parte de los registros, aunque con distinta intensidad. Algunas variaciones coincidían con cambios anteriores al disparo y otras con el estado eléctrico del entorno inmediato.

Todavía no se sabe si las neuronas que reciben esos impulsos distinguen esas diferencias. Tampoco hay evidencia de que exista un segundo código escondido dentro de cada descarga o que esas variaciones sean utilizadas para transmitir información adicional. En los registros, los cambios de forma estuvieron relacionados con lo que había ocurrido en la célula antes del disparo.

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Los experimentos con estimulación controlada partieron de solo dos neuronas y el análisis mediante aprendizaje automático pudo realizarse con una de ellas. Después se examinaron 40 células y aparecieron distintos patrones en 30. Falta determinar si el mismo comportamiento se repite en otras regiones del cerebro, especies y tipos neuronales.

El principio de «todo o nada» sigue describiendo cuándo una neurona alcanza el umbral y dispara. Eso no significa que todos los impulsos posteriores sean idénticos. En los registros analizados, pequeñas diferencias de forma quedaron asociadas con la actividad previa de la célula.

DCQ