Las neuronas del cerebro están bien organizadas, y no enredadas como un plato de espaguetis

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Evolution News & Views  30 de noviembre de 2015 | Permalink

Sí, lo hicieron, sometieron a ensayo la hipótesis del azar. Investigadores en el Instituto Max Planck, y de las Universidades Rockefeller y Duke examinaron las conexiones en tejido cerebral de la corteza visual, la primera parada de la información que procede de la retina. Una empresa nada fácil. Un comunicado de prensa del Instituto Max Planck: «No cable spaghetti in the brain [Nada de enredo de espaguetis en el cerebro]», describe la pesadilla que comporta la complejidad de los circuitos:

Las células nerviosas en el cerebro humano están densamente interconectadas y conforman una malla aparentemente impenetrable. Un milímetro cúbico de tejido de cerebro contiene varios kilómetros de cables. Una fracción de este cableado podría estar gobernada por mecanismos aleatorios, porque unas redes aleatorias podrían al menos teóricamente procesar muy bien la información. Consideremos el sistema visual: En la retina, varios millones de células nerviosas proporcionan información para más de 100 millones de células en la corteza visual. La corteza visual es una de las primeras regiones del cerebro en procesar información visual. En esta área del cerebro se procesan y representan diversos factores como la orientación espacial, el color y el tamaño de los estímulos visuales. [Énfasis añadido.]

Pero no encontraron azar. Encontraron una estructura bien ilustrada a semejanza de una biblioteca.

La manera en que se envía la información puede ser comparable a una biblioteca, en la que los libros se pueden encontrar más fácilmente si están clasificados no sólo alfabéticamente por títulos, sino también por géneros y por autores. En una biblioteca, los libros están distribuidos por diferentes estanterías, pero generalmente no de manera aleatoria. Del mismo modo, diversas facetas de la percepción visual se representan de forma separada en la corteza visual.

La mayoría de las neuronas en la corteza visual se comportan de manera parecida a sus vecinas. Las excepciones son los «molinillos de viento o ringletes» — unos puntos singulares «alrededor de los cuales se disponen las orientaciones preferidas de las células como las aletas de un molinillo de viento». Investigaron para ver si la cantidad y orientación de esos molinillos era aleatoria. No lo era: las observaciones no concuerdan con la hipótesis del azar.

Los científicos no excluyen la posibilidad de que en las primeras etapas del desarrollo del cerebro, unas conexiones aleatorias pudieran jugar un papel. Pero mediante la experiencia visual y la reorganización dinámica de las conexiones, el cerebro se reconecta hasta tal grado que sólo queda poco del cableado inicial. «Nuestro estudio muestra que la autoorganización de circuitos neuronales en el cerebro es la teoría más verosímil para explicar la detallada estructura de los circuitos en el sistema visual», explica Wolfgang Keil, que se graduó en el MPI para Dinámica y Autoorganización y que está actualmente trabajando en la Universidad Rockefeller. Este resultado es congruente con la observación de que los mamíferos, incluyéndonos a nosotros mismos, los seres humanos, aprenden a ver después del nacimiento. Las redes aleatorias, que pudieran existir en las primeras etapas, probablemente no son suficientes para una visión plena.

¿Cómo iba esto a evolucionar mediante un proceso darwinista? La corteza visual no «ve» el mundo exterior. Si tú fueras una neurona, operando en la oscuridad en el interior del tejido cerebral, sólo percibirías señales químicas que vienen y van. ¿Cómo iban a «saber» nunca las neuronas como «autoorganizarse» de manera que su representación de las señales entrantes formasen una película de 576-megapíxeles que se corresponde con el mundo externo?

Ninguna mutación o serie de mutaciones conduciría a una biblioteca clasificada de 100 millones de volúmenes. ¡Intentemos conseguir esto de un montón al azar de cable para computadoras sometido a patadas aleatorias! Sólo conocemos una causa que pueda organizar un montón de «espaguetis» para que formen una red funcional. Y esta causa es la inteligencia.

Indicaciones para la guía de neuronas individuales

Y mientras, en la Universidad Brown, los investigadores consiguieron penetrar en lo que guía a que unas neuronas individuales establezcan una conexión. Es un policía de tráfico proteínico: «El descubrimiento podría ayudar a desentrañar la complejidad de cómo se forman las conexiones entre neuronas y ayudaría a comprender enfermedades que resultan de un cableado equivocado del cerebro».

Es una maravilla de la naturaleza — y algo rematadamente bueno — que entre muchos miles de millones de células parecidas en el cerebro y en la médula espinal, las neuronas puedan extender sus axones filamentosos hasta el lugar preciso para formar conexiones, o en otro caso no nos moveríamos, sentiríamos ni pensaríamos de forma apropiada, o nada en absoluto. En un nuevo estudio en la revista Science, los investigadores informan de un descubrimiento que ayuda a explicar cómo los axones consiguen encontrar su ruta a través de la línea longitudinal de la médula espinal.

La proteína se llama NELL2. Actúa como una señal de «Dirección Prohibida», dicen. «NELL2 es la primera proteína que se sepa que se une a un receptor crítico en las neuronas conocido como Robo3», explica el comunicado difundido por la Universidad Brown. «Cuando acontece esta unión, el crecimiento del axón se desvía, según muestran los experimentos realizados por el equipo». Pero no actúa en solitario. Forma parte de un conjunto de proteínas que trabajan de manera conjunta en el control del direccionamiento.

Así, NELL2 se une a una tríada de señales que Robo3 gestiona para la regulación del crecimiento de los axones. La presencia de Netrina atrae axones que expresan Robo3 y un subtipo particular de Robo3 permite que los axones ignoren las señales repelentes proporcionadas por otra proteína llamada Slit. La expresión del receptor Robo3 dota así a una neurona para que desarrolle sus axones siguiendo las siguientes reglas: van a donde deben ir (Netrina), se apartan de las áreas prohibidas (NELL2), e ignoran las prohibiciones que se dirigen a otras neuronas, pero no a ellas (Slit).

¿Qué sucede con células averiadas que no siguen las reglas? Alexander Jaworski nos da un ejemplo:

Un raro desorden genético humano ilustra la importancia de esas conexiones. Las personas con una mutación que les impide expresar Robo3 no pueden mover los ojos de lado a lado, nos informa Jaworski. Este movimiento se consigue cuando un músculo de un lado del ojo se contrae y un músculo al otro lado se relaja. Las personas que carecen de Robo3 no tienen axones que crucen la línea media del rombencéfalo, y con ello no transmiten señales opuestas a los lados opuestos del ojo. En lugar de ello, los músculos de ambos lados se contraen, y el ojo no se mueve lateralmente.

Esto sugiere la complejidad irreducible del sistema. No va a mejorar si una mutación afecta una de las proteínas de la tríada. Se va a descomponer.

Por interesantes que sean estas señales, no explican la cuestión más amplia: ¿Cómo saben esas proteínas cuando y adónde señalar? ¿Cómo puede una simple proteína conocer la «escena general» a que apunta el organismo durante el desarrollo? Esto es análogo a unos planificadores urbanistas que diseñan un centro computerizado para controlar las señales semafóricas para el tráfico de una ciudad. Alguien o algo con un plan y un propósito tiene que conocer el objetivo general del plan y cómo llevarlo a la práctica.

No encontramos mención alguna de evolución aquí, no en el artículo completo en Science. Pero lo que sí usa el artículo es una extraordinaria palabra: propósito. «Estos descubrimientos identifican la NELL2 como un indicador de guía de los axones y establecen Robo3 como un regulador multifuncional de guía en descubierta que simultáneamente media la repulsión de NELL2, inhibe la repulsión de Slit y facilita la atracción de la Netrina para conseguir un propósito de guía conjunta». De hecho, vuelven a usar esta palabra en su párrafo final:

Nuestros resultados también muestran que Robo3.1 sirve como un concentrador integrador: Sus tres acciones diversas en respuestas a tres diferentes indicaciones — la mediación de la repulsión de NELL2 desde la columna motora, el potenciado de la atracción de la Netrina-1 de la línea media, y la antagonización de la repulsión Slit de la línea media — actúan de manera simultánea, se refuerzan mutuamente, y sirven al propósito común de direccionar los axones conmisurales hacia y a través de la línea media. Esta multiplicidad de mecanismos probablemente ayuda a asegurar un direccionamiento de alta precisión de los axones hacia sus objetivos.

Esta es una de aquellas ocasiones en biología (nada infrecuentes) en que el término «diseño inteligente», a pesar de otros méritos, se queda corto como descripción. Esto es un ultradiseño superinteligente.

Imagen: Neuronas piramidales en la corteza cerebral, por UC Regents Davis campus [CC BY 3.0], via Wikimedia Commons.

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Te alabo, porque formidables, prodigiosas son tus obras;

Prodigio soy yo mismo,

Y mi alma lo sabe muy bien.

No fueron encubiertos de ti mis huesos,

Aun cuando en oculto fui formado,

Y entretejido en lo más profundo de la tierra.

Mi embrión lo veían tus ojos,

Mis días estaban previstos, escritos todos en tu libro,

Sin faltar uno.

¡Cuán preciosos me son, oh Dios, tus pensamientos!

¡Cuán grande es la suma de ellos!

Si los enumero, se multiplican más que la arena;

Si llego al fin, estoy aún contigo.

Salmo 139, vv. 14-18

Fuente: Evolution NewsBrain Neurons Are Well Organized, Not Spaghetti Cables  30/11/2015

Redacción: Evolution News & Views © 2015 – www.evolutionnews.org

Traducción y adaptación: Santiago Escuain, publicado en sedin-notas.blogspot.com.es

© SEDIN 2015 – www.sedin.org
— Publicado por Santiago Escuain para <b>SEDIN – NOTAS y RESEÑAS</b> el 11/30/2015 04:24:00 p. m.

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