Una nueva investigación de la Universidad de Chicago (Estados Unidos), publicada en la revista 'Science', demuestra que los famosos dibujos de Santiago Ramón y Cajal de las células de Purkinje del cerebelo eran correctos, ya que casi todas estas células tienen varias dendritas primarias.Aunque estas primeras representaciones captaban múltiples dendritas que se extendían desde el cuerpo celular, la opinión predominante entre los neurocientíficos hasta hoy es que las células de Purkinje sólo tienen una dendrita primaria que conecta con una única fibra trepadora procedente del tronco encefálico.
Otros estudios en ratones demostraron que alrededor del 50% de sus células de Purkinje también tienen esta estructura más compleja y que, de estas células, el 25% recibe información de múltiples fibras trepadoras que conectan con diferentes ramas de dendritas primarias. Los experimentos de registro de la actividad celular en ratones vivos también revelaron que las ramas primarias pueden activarse independientemente, respondiendo a diferentes estímulos del entorno.
"Estos dibujos de Cajal existen desde el siglo XX, así que sin duda hemos tenido tiempo suficiente para prestarles atención, pero sólo ahora con este análisis cuantitativo vemos que es casi universal que las células humanas tengan múltiples dendritas completas cada una, y podemos ver que también supone una diferencia cualitativa", afirma Christian Hansel, catedrático de Neurobiología de la UChicago y autor principal del estudio, refiriéndose al modelo canónico según el cual las células de Purkinje tienen una dendrita primaria que conecta con una "fibra trepadora".
PUBLICIDAD
El cerebelo (del latín, 'pequeño cerebro') se encuentra en la base del cráneo, justo encima de donde se conecta la médula espinal. Desde que el médico francés Jean Pierre Flourens describió por primera vez la función del cerebelo en 1824, los científicos creían que su única tarea era coordinar el movimiento y la actividad muscular, pero los avances tecnológicos han demostrado que el cerebelo también desempeña un papel importante en el procesamiento de la información sobre el entorno interno y externo del cuerpo, incluidas las sensaciones de propiocepción y equilibrio.
Las células de Purkinje son como grandes antenas que reciben miles de entradas que transmiten un espectro de información contextual procedente del resto del cuerpo. Estas señales se integran con una señal de predicción-error, que indica un desajuste entre el contexto y las expectativas del cerebro. Esta señal de error la proporcionan las fibras nerviosas que ascienden desde el tronco encefálico y conectan con sus estructuras dendríticas de Purkinje diana, que se denominan "fibras trepadoras".
La interpretación estándar de estas conexiones ha sido que cada célula de Purkinje tiene una dendrita primaria que se ramifica desde el cuerpo celular y se conecta con una fibra trepadora, formando una única unidad computacional.
La creencia en esta relación de uno a uno entre fibras trepadoras y células de Purkinje, un dogma central en este campo que puede encontrarse en todos los libros de texto de neurociencia, procede en gran medida de estudios en roedores, que tienen principalmente la configuración de dendrita única.
Sin embargo, muchos estudios anteriores sobre estas estructuras se han centrado en un pequeño número de células, por lo que, para esta nueva investigación, Silas Busch, estudiante de doctorado en el laboratorio de Hansel y primer autor del artículo, empezó analizando miles de células de tejido humano y de ratón.
Utilizó una técnica de tinción específica basada en anticuerpos, conocida como inmunohistoquímica, para marcar selectivamente las células de Purkinje en cortes finos de cerebelo. A continuación, clasificó la estructura de todas las células que pudo observar y descubrió que más del 95% de las células de Purkinje humanas tenían múltiples dendritas primarias, mientras que en los ratones esa cifra se acercaba mucho más a la mitad.
"Uno se hace una idea de hasta qué punto ésta era una idea predominante en el campo, porque anatómicamente se denominan dendritas 'primarias' de una célula --explica Busch--. Así, incluso la descripción de la estructura de estas células se basa en ese prototipo de ratón que tiene una dendrita que se puede llamar dendrita primaria".
Esta notable diferencia entre especies, en una de las áreas cerebrales más conservadas evolutivamente y compartida por mamíferos e incluso otros vertebrados, llevó a Busch y Hansel a preguntarse si podría haber alguna consecuencia funcional en tener múltiples dendritas primarias en lugar de una sola. La fibra trepadora, con una auspiciosa relación uno a uno y un enredo íntimo con la dendrita primaria, fue su primer sospechoso.
En secciones de cerebelo de ratón que contenían células aún vivas observó que el 25% de las células con múltiples dendritas primarias recibían múltiples fibras trepadoras, lo que modificaba la idea de los libros de texto de que todas y cada una de las células de Purkinje recibían una sola fibra trepadora, mientras que las células con una sola dendrita primaria no recibían ninguna.
Animada por este hallazgo de que una parte considerable --aunque minoritaria-- de las células de Purkinje con múltiples dendritas primarias también recibía la entrada de múltiples fibras trepadoras, Busch llevó a cabo una serie de experimentos en ratones vivos para ver si esto conducía a diferencias funcionales en el ratón vivo.
En las células con una dendrita primaria, las imágenes de alta resolución mostraban que la señal de actividad era uniforme en toda su estructura; en las células con múltiples dendritas primarias, podía detectar actividad en cada lado en momentos diferentes, lo que significaba que una dendrita podía estar activada por su fibra trepadora mientras que la otra dendrita de la misma célula no lo estaba.
A continuación, Busch quiso ver si podía desentrañar la actividad individual de las fibras trepadoras utilizando un estímulo más preciso: los bigotes del ratón y aquí también pudo observar actividad en distintas ramas dendríticas de las células de Purkinje, lo que sugería que las fibras trepadoras individuales estaban señalando la entrada de los bigotes individuales a las dendritas individuales.
Por último, en un escenario más real, Busch también probó ratones despiertos con varios estímulos, como destellos de luz, sonidos o soplos de aire en la almohadilla del bigote y, de nuevo, observó diferencias entre las células de Purkinje.
"Esto ocurría en una minoría de células, ya que hay menos con ramas múltiples en los ratones, y no todos ellos tienen múltiples fibras trepadoras, pero aun así, la presencia de este efecto era muy interesante --señala Busch--. Confirmó esta idea de que las dos entradas de fibras trepadoras tendrán propósitos funcionales diferentes que representan información distinta".
Estas nuevas pruebas desmontan el pensamiento habitual sobre una zona del cerebro que se creía bastante resuelta anatómicamente y que también tiene consecuencias funcionales. Múltiples entradas conectadas en varios puntos de las células proporcionan más potencia de cálculo, lo que permite a los circuitos cerebrales adaptarse y responder a cambios en el entorno o en el cuerpo que requieren movimientos diferentes, y esta conectividad no canónica está estrechamente ligada a la estructura de las dendritas de las células de Purkinje.
También hay pruebas de que estas conexiones en el cerebelo pueden estar implicadas en enfermedades, como la ataxia cerebelosa, autismo o en determinados tipos de temblores.
12 créditos