La pérdida de sinapsis excitatorias olfativas modifica la percepción

Un equipo de científicos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha dado un paso más en la comprensión de los fundamentos de la percepción sensorial del cerebro, con un hallazgo que abre la vía a nuevos tratamientos contra enfermedades como la enfemedad de Parkinson y la esquizofrenia.

En concreto, los investigadores han comprobado en la mosca "drosophila" que la maquinaria cerebral trabaja de forma correcta cuando se produce un equilibrio en los procesos de excitación e inhibición, dos tipos de señales que las neuronas emplean para "conversar".
Los resultados aparecen publicados en la revista "Journal of Neurosciences". Los investigadores, que trabajan en el Instituto Cajal (centro del CSIC), han modificado el número de contactos entre neuronas, denominados sinapsis, en el lóbulo olfativo de moscas drosophila. Todos los núcleos cerebrales contienen proporciones diversas de estos dos tipos de uniones, excitatorias e inhibitorias, que se activan entre neuronas dependiendo de las sustancias neurotransmisoras que intervienen en cada momento.
Los científicos manipularon genéticamente grupos seleccionados de neuronas y comprobaron que la pérdida de sinapsis excitatorias convertía en atractiva la percepción de olores que normalmente son interpretados como repelentes. Sin embargo, la pérdida de sinapsis de tipo inhibitorio provocaba la reacción contraria. "Lo que hicimos fue manipular el número de sinapsis excitatorias e inhibitorias y sorprendentemente comprobamos que la normalidad en cómo se percibe el olor no se basa en el número absoluto de estas conexiones, sino en que exista un equilibrio entre ambos tipos. La reducción simultánea de ambos tipos de sinapsis devuelve la normalidad a la percepción, algo que hasta ahora no se había demostrado", explica uno de los autores del trabajo, el investigador del CSIC Alberto Ferrús.
Según Ferrús, muchas de las enfermedades neurodegenerativas, como el alzhéimer o el párkinson, comienzan con defectos en la percepción olfativa. "Por eso es útil reproducir estas situaciones en el sistema olfativo de las moscas", agrega este experto. Los científicos ya han comenzado a aplicar estos métodos también en mamíferos. En coordinación con los trabajos en moscas, científicos del Instituto Cajal y del Centro de Investigación Biomédica de La Rioja han demostrado en un estudio paralelo que este tipo de manipulaciones genéticas se pueden reproducir también en ratas. "De esta forma, se abren nuevas perspectivas para el diagnóstico y, eventualmente, el diseño de tratamientos específicos para cada tipo de paciente con trastornos de la percepción", concluye este investigador.

Synapse Loss in Olfactory Local Interneurons Modifies Perception

Synapse loss correlates with cognitive decline in aging and most neurological pathologies. Sensory perception changes often represent subtle dysfunctions that precede the onset of a neurodegenerative disease. However, a cause–effect relationship between synapse loss and sensory perception deficits is difficult to prove and quantify due to functional and structural adaptation of neural systems. Here we modified a PI3K/AKT/GSK3 signaling pathway to reduce the number of synapses—without affecting the number of cells—in five subsets of local interneurons of the Drosophila olfactory glomeruli and measured the behavioral effects on olfactory perception. The neuron subsets were chosen under the criteria of GABA or ChAT expression. The reduction of one subset of synapses, mostly inhibitory, converted the responses to all odorants and concentrations tested as repulsive, while the reduction of another subset, mostly excitatory, led to a shift toward attraction. However, the simultaneous reduction of both synapse subsets restored normal perception. One group of local interneurons proved unaffected by the induced synapse loss in the perception of some odorants, indicating a functional specialization of these cells. Using genetic tools for space and temporal control of synapse number decrease, we show that the perception effects are specific to the local interneurons, rather than the mushroom bodies, and are not based on major structural changes elicited during development. These findings demonstrate that synapse loss cause sensory perception changes and suggest that normal perception is based on a balance between excitation and inhibition.