Tendencias21

Crean un dispositivo que modula la actividad neuronal

Investigadores norteamericanos han conseguido modular la actividad de numerosas neuronas al mismo tiempo, lo que en el futuro permitirá modificar la memoria, suprimir el dolor o introducir en el cerebro imágenes creadas específicamente para una terapia, utilizando solamente impulsos de luz que siguen un modelo holográfico.

Crean un dispositivo que modula la actividad neuronal

Utilizando impulsos lumínicos, un equipo de biólogos de la Universidad de Berkeley en Estados Unidos ha conseguido modular la actividad de numerosas neuronas al mismo tiempo.

Esta proeza tecnológica permitirá modificar la memoria, suprimir el dolor o introducir en el cerebro imágenes creadas específicamente para una terapia, utilizando solamente impulsos de luz que siguen un modelo holográfico. Los resultados de han publicado en la revista Nature.

La tecnología desarrollada por estos investigadores se denomina “modulador cerebral holográfico” y utiliza la foto estimulación holográfica para controlar ópticamente la actividad neuronal. El objetivo a medio plazo es controlar miles de neuronas simultáneamente según esquemas neurológicos típicos, con la finalidad de modificar la memoria e incluso recrear sensaciones artificiales en el sistema nervioso.

El dispositivo mide y analiza constantemente la actividad cerebral y, según en contexto ambiental o psicológico, decide qué neuronas deben ser estimuladas o inhibidas.

Según los investigadores, esta técnica permitirá a las personas ciegas “ver” lo que les rodea a través de una cámara que podría convertir las imágenes captadas en señales eléctricas neuronales que recrean el entorno, replicando así el papel del nervio óptico. Asimismo, sería posible valerse de una prótesis que desempeñe la misma función de la cámara, pero que recree la sensación del tacto.

“Esta técnica tiene un gran potencial para las prótesis neuronales gracias a su precisión, que permite al cerebro interpretar (correctamente) los esquemas de activación neuronal. Si podemos leer y escribir usando el lenguaje del cerebro, entonces es mucho más fácil comunicarse con él”, explica uno de los investigadores, Alan Mardinly, en un comunicado. Y añade: “Se trata de la primera etapa de un largo camino para desarrollar una tecnología de implante cerebral virtual creando o mejorando las sensaciones”.

Secciones tridimensionales del cerebro

Los autores de esta investigación han testado el dispositivo en cerebros de ratones, específicamente en regiones tridimensionales del cerebro que contienen entre 2.000 y 3.000 neuronas.

Han usado vectores virales, que son virus cuya carga viral se ha sustituido por un genoma artificial, con la finalidad de introducir en las neuronas una secuencia de ADN que permita la producción de unas proteínas particulares llamadas opsinas.

Las opsinas son proteínas capaces de reaccionar ante la luz adhiriéndose al retinal, una de las formas de la Vitamina A. Una de las funciones principales de la opsina es la de proveer un ambiente propicio para la absorción de luz. Forman parte del mecanismo de la visión en color de los animales. Para esta investigación, fueron creados utensilios opto-genéticos específicos que estimulan la actividad de las opsinas.

Los impulsos lumínicos fueron introducidos por los científicos en el cerebro de los ratones a través del Foramen magnum, también conocido como agujero magno, un orificio mayor situado en la parte pósteroinferior del cráneo (base del cráneo, piso témporo occipital), a través del cual se establece la continuidad del sistema nervioso central hacia la columna vertebral.

Modelo holográfico de apoyo

Los impulsos lumínicos se produjeron a un ritmo aproximado de 300 por segundo. Cada uno de ellos activaba 50 neuronas a la vez. Y para conseguir que los impulsos activaran unas neuronas específicas, los investigadores se valieron de un modelo informático holográfico que generó un esquema 3D a partir de la curvatura y concentración de la luz.

Este esquema holográfico se proyectaba mediante un microscopio sobre el tejido de la corteza cerebral somatosensorial, que controla el tacto, la visión y la motricidad, permitiendo así modular individualmente la actividad de cada neurona.

Lo más importante de este experimento consiste en haber adquirido la capacidad de dirigirse a un grupo específico de neuronas para activarlas según la posición y la velocidad con la que funcionan naturalmente, destaca el investigador principal Nicolas Pégard.

Durante la experiencia, los ratones caminaban sobre un piso movedizo con su cabeza totalmente inmovilizada, con la finalidad de poder actuar sobre las neuronas seleccionadas. La actividad neuronal provocada por los impulsos lumínicos, analizada en tiempo real, resultó idéntica a la desarrollada por los ratones si corrían libremente por un suelo estable y en medio natural, lo que confirma que los estímulos inducidos artificialmente eran los correctos.

Los científicos destacan que el resultado tiene sus limitaciones, ya que la técnica sólo permite intervenir en una pequeña zona del cerebro y mediante un  equipo pesado, si bien consideran que en el futuro el equipo podría llevarse en una mochila.

Lo que pretenden en la siguiente etapa de la investigación es entrenar a los ratones con la finalidad de detectar eventuales cambios de comportamiento como consecuencia de la modulación neuronal.

Además, se proponen obtener auténticos esquemas de la actividad cerebral en la corteza, con la finalidad de poder reproducirlos gracias a un modulador cerebral holográfico, para confirmar si obtienen la misma respuesta.

Referencia

Precise multimodal optical control of neural ensemble activity.  Alan R. Mardinly et al. Nature Neuroscience (2018). doi:10.1038/s41593-018-0139-8

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Crean un chip que se puede configurar como el cerebro humano 14 febrero, 2022
    Investigadores de la Universidad de Purdue en Estados Unidos han desarrollado un chip electrónico que actualiza por sí mismo sus circuitos electrónicos. Es capaz de aprender continuamente y de servir de base a un ordenador que operaría como el cerebro biológico.
    Redacción T21
  • La vida pudo haber surgido en el espacio y no solo en la Tierra 14 febrero, 2022
    Una investigación que ha recreado en laboratorio las condiciones que prevalecen en las nubes moleculares cósmicas ha comprobado que los mecanismos básicos de la vida pueden desarrollarse en las condiciones extremas del espacio y que la vida no es una condición única de planetas como la Tierra.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • Una mutación genética podría explicar la longevidad de los centenarios 13 febrero, 2022
    Una variante genética que abunda en las personas centenarias se perfila como el gen de la longevidad: retrasa el envejecimiento, disminuye la inflamación y prolonga la vida sana. Esta ingeniosa proteína podría reforzar las estrategias contra la senescencia.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • El cerebro puede ver después de un accidente cerebrovascular 12 febrero, 2022
    Los ojos pueden seguir viendo después de un accidente cardiovascular, pero el cerebro dañado no puede interpretar las señales visuales. Una rehabilitación personalizada podría conseguir la recuperación de la visión.
    Redacción T21
  • El núcleo interno de la Tierra presenta un estado entre líquido y sólido 11 febrero, 2022
    Los físicos han sostenido durante mucho tiempo que el núcleo interno de la Tierra es sólido, pero un nuevo estudio sugiere que se encuentra en un punto intermedio entre sólido y líquido, un descubrimiento que podría arrojar luz sobre algunos de los secretos más profundos del planeta.
    Pablo Javier Piacente
  • Algoritmos para calcular la complejidad de un planeta podrían revelar la vida extraterrestre 11 febrero, 2022
    Un procedimiento aritmético aplicado a una serie de algoritmos podría ser la llave para descubrir la vida extraterrestre: al medir la complejidad de un planeta tomando determinados datos e imágenes, identifica a los mejores “candidatos” a albergar vida. 
    Pablo Javier Piacente
  • Puede haber muchos más planetas habitables a 4,22 años luz de la Tierra 11 febrero, 2022
    La confirmación de un tercer planeta orbitando Próxima Centauri, la estrella más cercana a nuestro Sol, indica que seguramente habrá más mundos en zona de habitabilidad a solo 4,22 años luz de la Tierra.
    Redacción T21
  • Humanos y neandertales vivieron juntos al sur de Francia hace 54.000 años 11 febrero, 2022
    El homo sapiens habitó Europa hace al menos 54.000 años, 10.000 años antes de lo que se había documentado hasta ahora, y compartió con los extintos neandertales una cueva del sur de Francia al menos durante miles de años.
    Redacción T21
  • Una molécula intestinal despierta el hambre de amor 10 febrero, 2022
    Los investigadores encontraron que los alimentos ricos en proteínas desencadenan la liberación de la hormona diurética 31, o "Dh31". Esta molécula de señalización, que se libera del tracto gastrointestinal en las moscas.de la fruta, genera una serie de reacciones que culminan en la transición de la alimentación al apareamiento: después de comer, las moscas quieren […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un láser puede enviar una nave espacial a Marte en 45 días 10 febrero, 2022
    Un láser ubicado en la Tierra podría impulsar a una nave espacial y hacerla llegar a la atmósfera marciana en un mes y medio, gracias al calentamiento de plasma de hidrógeno. Detenida en la atmósfera de Marte, la nave acercaría suministros para los asentamientos humanos en el planeta rojo.
    Pablo Javier Piacente