Un desequilibri en l’activitat neuronal, clau per comprendre la síndrome de Down

21.06.2016

Científics del Centre de Regulació Genòmica (CRG) i de l’Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS) han identificat, per primera vegada, les alteracions en el ritme i la sincronització de l’escorça cerebral en un model de ratolí de la síndrome de Down. Aquestes alteracions s’han relacionat amb problemes en funcions tan importants com la presa de decisions, la impulsivitat, la memòria i l’atenció.

En estudis anteriors, els investigadors havien detectat que l’estructura cel·lular de les neurones de l’escorça cerebral en models animals de la síndrome de Down era diferent. En aquest nou estudi, s’han centrat en la fisiologia, és a dir, la funció d’aquesta escorça cerebral, i s’ha pogut comprovar que les alteracions cel·lulars i petits canvis en l’activitat de les neurones de l’escorça cerebral es tradueixen en un dèficit de l’activació d’aquesta regió i en variacions del ritme i sincronització de l’activitat neuronal.

L’activitat cerebral es regeix per un equilibri minuciós entre excitació i inhibició neuronal. Per a certes funcions, la xarxa neuronal necessita estar sincronitzada i això produeix oscil·lacions d’alta freqüència que permeten un bon processament de la informació i l’execució de comportaments. Aquesta sincronització es pot alterar en un gran nombre de trastorns que cursen amb disfunció cognitiva.

Mitjançant experiments amb models animals amb aquesta síndrome, els investigadors han observat que es produeixen canvis molt subtils en l’equilibri entre excitació i inhibició de les neurones que, en aquests casos, fan que es redueixi el nivell de descàrrega de les neurones i s’alteri el ritme en les ones d’alta freqüència de l’escorça cerebral. A més, han observat que el problema rau en unes neurones que s’encarreguen de controlar la inhibició. En la Síndrome de Down hi ha menys activitat i existeix un desequilibri en les freqüències de les ones cerebrals que es deu a canvis en la connectivitat de les neurones que s’encarreguen de controlar-les.

L’estudi ha combinat experiments d’electrofisiologia i histologia amb un model computacional que emula el circuit neuronal de l’escorça cerebral de manera virtual. Això ha permès identificar alteracions anatòmiques i funcionals i, a través del model computacional, s’ha demostrat que aquests dèficits poden explicar les observacions experimentals.

Els científics no comprenen com les alteracions a escala cel·lular en persones amb discapacitats intel·lectuals desemboquen en canvis en els circuits cerebrals i alteracions de la funció cognitiva. Aquesta nova recerca explica algunes d’aquestes alteracions cel·lulars i ofereix per primera vegada un estudi in vivo de la fisiologia de l’escorça cerebral, estructura clau en les funcions executives com ara la concentració, l’aprenentatge i la resolució de problemes.

Aquest estudi ha estat codirigit per Mara Dierssen, cap del grup de Neurobiologia Cel·lular i de Sistemes, del CRG, i Mavi Sánchez-Vives, cap de l’equip de Neurociència de Sistemes, de l’IDIBAPS. Els primers autors són Marcel Ruiz-Mejías, de l’IDIBAPS, i María Martínez de Lagrán, del CRG, i també hi han participat investigadors de la Universitat Pompeu Fabra, la Universidad Pablo de Olavide i l’Institut Superior de Salut de Roma.

Article de referència:

Ruiz-Mejías, M. et al. «Overexpression of Dyrk1A, a Down Syndrome Candidate, Decreases Excitability and Impairs Gamma Oscillations in the Prefrontal Cortex». Neurosci, 36 (13), p. 3648-3659 (2016). DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2517-15.2016.

Més informació al web d'Universitats i Recerca de la Generalitat de Catalunya.