A lo largo de la evolución, las células individuales han tomado decisiones exitosas por sí mismas, incluso cuando forman parte de vastas redes, como las neuronas y la glía en el cerebro humano. Ahora, científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST) y el Proyecto Cerebro Azul de la EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suiza) han publicado una nueva teoría que describe un lenguaje secreto que las células pueden usar para el diálogo interno sobre el mundo externo.

Usando un modelo computacional, plantean la hipótesis de que las vías metabólicas, que son principalmente un medio para extraer energía y construir moléculas de glucosa y otros sustratos para alimentar el cerebro, también podrían ser capaces de codificar detalles sobre neuromoduladores que estimulan aumentos en el consumo de energía. Los neuromoduladores son mensajeros químicos que regulan el intercambio de información en el cerebro.

De ser cierto, esto implica un número casi infinito de posibilidades para el procesamiento de la información en los sistemas nerviosos y los cálculos de las células componentes. Tal mecanismo también ayudaría a explicar la notable eficiencia energética de los cerebros.

El objetivo del Blue Brain Project es establecer la neurociencia de simulación como un enfoque complementario para comprender el cerebro, junto con la neurociencia experimental, teórica y clínica, mediante la construcción de las primeras reconstrucciones y simulaciones digitales biológicamente detalladas del cerebro del ratón.

En un estudio publicado recientemente en el Journal of Theoretical Biology Los colaboradores de KAUST-Blue Brain Project demostraron cómo dos de estos pilares, la teoría y la simulación, pueden funcionar en conjunto utilizando un modelo de metabolismo energético astrocítico. Los astrocitos son células gliales similares a estrellas en el sistema nervioso central. El modelo se centra en cómo cooperan con las neuronas para alimentar el cerebro y participar en los cálculos.

Los autores confirmaron la plausibilidad de que una ruta metabólica de energía podría ser capaz de codificar información y transmitir características detalladas sobre los estímulos, como las características de intensidad y duración, además de sus funciones conocidas en la energía celular y los presupuestos de moléculas basadas en carbono. Los ejemplos de estímulos incluyen ondas de neuromoduladores que llegan a la superficie celular.

Teniendo en cuenta cuántas vías metabólicas están activas simultáneamente, estos mecanismos podrían aumentar significativamente las capacidades computacionales de las neuronas al brindarles un conjunto de herramientas ampliado para la adaptación y la toma de decisiones. Los científicos han quedado impresionados durante mucho tiempo por la eficiencia energética del cerebro en comparación con las computadoras hechas por humanos. La asignación de nuevos roles computacionales a células individuales que luego pasan esa información a las redes neuronales podría ayudar a explicar esta observación.

El coautor Pierre Magistretti, Profesor Distinguido de Biociencia en KAUST y director de la Iniciativa de Salud Inteligente de KAUST, dijo que "las simulaciones de los equipos del metabolismo de la glucosa estimulado por neuromoduladores en un astrocito sugieren que las vías metabólicas podrían ser capaces de procesar más información que nosotros". anteriormente. A pesar de todo lo que ya se sabe sobre cómo las células individuales piensan o responden a su entorno, es probable que todavía tengan algunos trucos por descubrir".

El flujo de materia a través de estas vías implica el traspaso de productos de metabolitos de una reacción catalizada por enzimas a la siguiente a lo largo de toda la cadena de eventos, desde la activación del receptor neuromodulador hasta la producción de metabolitos de energía como una unidad excitable o máquina de estado metabólico.

Jay S. Coggan de Blue Brain, autor principal del estudio, dice que su "modelo muestra cómo una vía metabólica puede traducir estímulos externos en perfiles de producción de moléculas portadoras de energía, como el lactato, con una precisión que va más allá de la simple transducción o amplificación de señales". Las vías, y posiblemente otros tipos de reacciones enzimáticas acopladas, podrían estar bien posicionadas para codificar un nivel adicional de información sobre las demandas ambientales de una célula. Esta hipótesis tiene implicaciones para el poder computacional y la eficiencia energética del cerebro".