Un estudio predice la anatomía neuronal del gusano Caenorhabditis Elegans

El trabajo podría tener aplicaciones en el estudio de enfermedades que
afectan al funcionamiento de las redes de neuronas. Predice la anatomía neuronal del gusano Caenorhabditis elegans [nematodo de un milímetro de longitud que vive en ambientes templados y cuyo sistema nervioso está compuesto por unas 300 neuronas]. Usando este nematodo como modelo experimental, el trabajo demuestra que las neuronas se organizan en ganglios para minimizar la cantidad de cable neuronal. El hallazgo, que relaciona la morfología de las redes neuronales con su función, podría tener aplicaciones en el estudio de enfermedades que afectan al funcionamiento de estas redes.

El trabajo, que aparece hoy en Proceedings of the National Academy of
Sciences, ha sido desarrollado por el investigador Alfonso Pérez Escudero,
que trabaja en el Instituto de Óptica Daza de Valdés (CSIC) y Gonzalo García de Polavieja, de la Universidad Autónoma de Madrid.

Pérez señala los avances de la investigación: “Hemos predicho dónde deben estar las neuronas suponiendo que se minimiza la cantidad de cable. Hemos averiguado que el 85% de las neuronas minimizan el cableado y que esto predice la posición de las mismas, su organización en grupos y que tengan una acumulación de neuronas en la cabeza”.

 “Ramón y Cajal ya formuló la hipótesis de que el ahorro de cable neuronal
determinaba la estructura de los sistemas nerviosos. Esto implica que dos
grupos de neuronas muy conectados entre sí han de estar muy juntos
espacialmente para ahorrar en la longitud de los cables de conexión. Así
podemos explicar la estructura de los sistemas nerviosos usando la idea de
minimización de cable”, apunta el investigador del CSIC.

La técnica propuesta en la investigación permite identificar las subredes
básicas sobre las que se desarrolla el resto del sistema nervioso. Las
subredes forman el núcleo de la red y permiten identificar las partes que no
siguen las mismas leyes que el resto. Estas secciones podrían tener
funciones diferentes al resto.

Las neuronas del Caenorhabditis elegans del estudio se agrupan formando 10 ganglios, de los que ocho son muy dynamicos: cinco situados en la cabeza y 3 en la cola. Los otros dos ganglios son alargados y comunicando los dos grupos anteriores de ganglios.

“Si se elimina del cálculo las conexiones entre neuronas y sólo se contempla las conexiones entre neuronas y sensores, y entre neuronas y músculos, las predicciones de conexión de las redes mejoran, especialmente en los ganglios. Esto sugiere que la estructura del sistema nervioso completo de este gusano está determinada por ese pequeño subconjunto de conexiones y las neuronas a las que afecta”, destaca Pérez.

El Experimento
Para averiguar la anatomía neuronal los investigadores se propusieron
descubrir cuál es la subred más grande que puede mantener la buena
predicción de la estructura e idearon un método para encontrar esta subred.
“Descubrimos que esa subred era grande e incluía aproximadamente el 85% del animal, por lo que la mayor parte de la red es óptima y sólo una pequeña parte de neuronas y conexiones no responden al principio de economía de cable. Esto puede ser debido que a esas neuronas y conexiones les han afectado con fuerza otros factores diferentes a la economía de cable durante la evolución”, señalan los autores.

Pérez detalla algunas aplicaciones del estudio: “Ayuda a entender la evolución y el desarrollo de los sistemas nerviosos. Además, es un enlace entre la morfología de los sistemas nerviosos, que podemos conocer mediante experimentos, y su funcionamiento, que es mucho más difícil de comprender.
En un futuro podría ser clave para comprender las enfermedades que afectan al comportamiento y que tienen su origen en cambios en las redes”.