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Nuevas tecnologías para detener el tiempo consiguen filmar al cerebro mientras piensa

Nuevas tecnologías para detener el tiempo consiguen filmar al cerebro mientras piensa

Nuevas tecnologías han conseguido congelar la imagen de moléculas, células, proteínas y neuronas a velocidades mínimas reflejadas en femtosegundos, descubriendo así mundos insospechados que hasta ahora estaban ocultos a la visión humana. A esta escala, el cerebro puede ser filmado mientras piensa, al igual que es posible observar el movimiento de las proteínas en el seno de una célula o la constante agitación de los núcleos celulares. Todo ello abre nuevas perspectivas a la investigación médica y biológica y estimula nuevas conquistas en el dominio del tiempo, que se espera detener a los 200 atosegundos en 2005. Por David Carrión.

Nuevas tecnologías para detener el tiempo consiguen filmar al cerebro mientras piensa

El ser humano ha buscado siempre los límites de lo más lejano, lo más pequeño, lo más veloz. En la frontera de lo ultrapequeño y lo ultrarápido, la nanotecnología está transformando nuestro conocimiento de los componentes más básicos de la materia y de la vida, los átomos, las células, la proteínas. Cada vez está mas cerca la posibilidad de actuar en las dimensiones infinitesimales en las que los ciclos vitales se desenvuelven.

Los avances técnicos han sido capaces de ver lo más pequeño en el espacio, al mismo tiempo que las nuevas tecnologías tratan de obtener imágenes en periodos de tiempo cada vez más cortos.

Se están desarrollando nuevos dispositivos capaces de ver objetos cada vez más pequeños, o captarlos mientras se mueven a toda velocidad, en asombrosas películas en tres dimensiones, que muestran moléculas y células vivas en acción.

Para observar dichas estructuras moleculares, ha sido suficiente alcanzar la ‘congelación de imagen’ en un orden temporal de femtosegundos, (equivalentes a 10 elevado a potencia de -15 segundos).

Gracias al láser

El desarrollo del láser ha sido crucial para llegar a ese nivel. Su luz puede ser dirigida en pulsos tan veloces que actúan como la caja negra de una cámara fotográfica, que abre y cierra su foco (el ‘diafragma’) en una milbillonésima de segundo. La imagen detenida a esa velocidad es capaz de captar la vibración y rotación de las células en movimiento.

Las investigaciones celulares con ayuda de las nuevas técnicas estroboscópicas están arrojando descubrimientos impensables hace tan sólo un lustro. Jeff Lichtman, neurobiólogo del Washington University School of Medicine en San Luis, ha hecho unas declaraciones a Daily News en las que afirma: Podemos observar al cerebro mientras piensa, se desarrolla, envejece o combate la enfermedad. Podemos ver neuronas creciendo dentro de nuestro cerebro vivo, como si se tratara de una película

En esa escala microscópica, los biólogos pueden asomarse al núcleo de una célula viva y espiar su interacción con las proteínas, los bloques básicos de construcción de cada organismo viviente.

La bióloga de la Universidad de California en San Diego Douglas Forbes, ha ido más lejos y realizado filmaciones de proteínas que transportaban su cargamento de dentro afuera del núcleo de una célula, a través de sus poros en forma de buñuelos. Son como naves espaciales para el transporte nuclear, indica Forbes en el mismo artículo de Daily News.

Todo se mueve

Andrew Belmont, un biólogo celular de la Universidad de Illinois, ilustra también en Daily News la diferencia que se está produciendo: Nuestro punto de vista ha cambiado en los últimos años a causa de nuestra capacidad para ver células vivas. En el pasado teníamos que romper y abrir las células para su estudio.

La idea tradicional que compartía la comunidad científica en torno al núcleo de una célula, es que éste era relativamente estático. Ahora ha podido comprobarse que sus componentes se encuentran en constante movimiento y cambio, en respuesta a las señales de su entorno.

Esta turbulencia de los núcleos celulares podría ser la clave sobre las causas del cáncer y el envejecimiento. Comprender mejor ‘la vida’ de la célula abre un campo impredecible en las aplicaciones de prevención médica.

Al mismo tiempo, el paso desde la observación de las proteínas a su diseño completo puede encontrarse próximo, al estar los científicos en condiciones de actuar en dimensiones moleculares, colocando células una a una en vez de recurrir al azaroso sistema de mezclas aleatorias en tubos de ensayo.

El cerebro a cámara lenta

El Doctor Jeff Lichtman, neurobiólogo del Washington University School, ha obtenido unas interesantes filmaciones del cerebro que revelan el crecimiento competitivo de sus neuronas y podrían acercarnos al modo en que el cerebro aprende lo que le resulta útil y olvida lo que rara vez utiliza.

En sus filmaciones se observa con nitidez a las fibras nerviosas creciendo al mismo tiempo, y se percibe la furiosa pelea entre varias neuronas para conectarse con la célula elegida como objetivo. Una neurona gana la carrera y establece una conexión; las otras se debilitan y desconectan.

Son fenómenos que nunca habíamos podido ver antes. Estamos entusiasmados, declara Lichtman, y mantiene que sus imágenes muestran cómo va variando el cerebro, y cómo aprende de la experiencia.

El sistema nervioso de especies como la nuestra no se encuentra preorganizado para realizar tareas particulares, explica Lichtman . Y añade: Necesitamos aprender a hablar, a jugar a la pelota, a tocar el violín, etc. Hacemos esto mediante la selección entre un gran repertorio de conexiones. Esa selección fortalece algunas conexiones mientras otras se desvanecen.

La siguiente frontera, el atosegundo

De todos modos, existen todavía cuerpos cuya velocidad de movimiento impide poder percibirlos incluso con la ayuda de los dispositivos más avanzados. La evolución en las investigaciones de lo más pequeño pasa por incrementar la precisión de las técnicas de láser que permiten ‘ver’, tal como expone la revista Phisics News Update.

Hasta ahora, los electrones no han sido filmados porque al tamaño se une la circunstancia de la velocidad de su movimiento. Un electrón de hidrógeno, por ejemplo, realiza una órbita alrededor de su núcleo en 24 atosegundos, ( unidad que representa la trillonésima parte de un segundo).

Con semejante vuelo, da lo mismo que pueda ampliarse el tamaño del objeto. Sencillamente, no se ve, de la misma forma que sentados junto a una vía ferroviaria, un tren que viajara a la velocidad de la luz pasaría de largo sin que lo percibiéramos.

Tal como explica Tom Miller en la revista Reporter, el Research Councils’ Basic Technology Programme del gobierno británico ha invertido 3.5 millones de libras en obtener dispositivos de resolución ‘de atosegundo’, y estar en condiciones de capturar el movimiento de los electrones.

La previsión es llegar a producir en el año 2005 un dispositivo de láser estroboscópico que ‘congele la imagen’ en 200 atosegundos, ritmo suficiente para contar uno a uno los componentes del átomo.

Aplicaciones inverosímiles

Las aplicaciones vendrán no sólo del conocimiento proporcionado por las observaciones del nivel electrónico, sino de la posibilidad de manipulación que comporta el poder observar dimensiones tan pequeñas.

En cuanto a las aplicaciones directas sobre nuestro organismo, se están llevando a cabo investigaciones para construir y enviar nanobots, (dispositivos nanotecnológicos dirigidos), al interior del cuerpo humano, que lleven a cabo tareas como limpieza de arterias, reparación de tejido pulmonar y cerebral, así como de lesiones en el corazón, destrucción de células invasoras o tumorales, etc.

Como todo campo de investigación que se aproxima de tal forma a los últimos secretos de la vida, las aplicaciones nanotecnológicas en genética y medicina abren a su vez un nuevo abismo del de dudas y temores.

¿Está preparado el ser humano para convertirse en el dios de las últimas pequeñas cosas? ¿Es el hombre más sabio que monstruoso, o al revés? ¿Sabremos utilizar ese poder, o convertiremos el mundo celular, al igual que hemos hecho con el planeta Tierra, en una nueva galería de los horrores?

RedacciónT21

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    Redacción T21