Silencio, dice el pez

Neuronas en acción

¡Silencio, pez pensando! Científicos japoneses capturaron la actividad de un pez cebra mientras perseguía una presa.

“Ver es creer”, dice Koichi Kawakami, biólogo molecular y del comportamiento en el Instituto Nacional de Genética de Japón. En el pasado, los investigadores tenían que inferir los procesos cerebrales indirectamente con la observación de la conducta e intuyendo qué estaría haciendo el cerebro. Ahora no. La observación es directa.

Durante años han denominado como el pináculo de la observación cerebral la capacidad de ver en alta resolución la acción de las neuronas de un organismo en su medio natural. En los humanos las técnicas con imágenes muestran la actividad. En ratones y ratas se tiene que abrir el cráneo para las imágenes, lo que no las hace naturales.

En la mayoría de los animales el problema es que los cráneos y cerebros son opacos. Pero Kawakami y su grupo superaron ese obstáculo con un pez cebra: los embriones y larvas con transparentes y su genética es bien conocida.

Los científicos tinturaron el ADN de modo que solo la proteína presente en las neuronas sería fluorescente cuando estuvieran activadas. Luego miraron la actividad neuronal del pez en alta resolución mientras se movía en su medio, mirando y atacando una presa. El estudio apareció en Current Biology.

“Las funciones fundamentales del cerebro se conservan entre peces y humanos”, dijo el investigador.

Ahora la idea es entender los procesos en los niveles celular y molecular estudiando el cerebro del pez.

Un pez pensando.

Mis 10 noticias científicas de la semana

1. Qué cantidad de energía

Para algunos se trata de cazar pispirispis, pero hay mucho más. El caso es que enterrado bajo cientos de metros de hielo en la Antártida se encuentra el IceCube, un telescopio de neutrinos, esas esquivas partículas que poco interactúan con la materia ordinaria.

Bien, se confirmó en Physical Review Letters que se detectaron 2 neutrinos, lo más energéticos jamás observados, provenientes de una lejana galaxia. Si hubieran llegado del Sol o de interacciones en nuestra atmósfera no tendrían tanta energía.

Se informó que ni el Gran Colisionador de Partículas donde se descubrió el bosón Higgs puede generar tanta energía.

2. ¿Aló, con el espacio?

A manera de experimentación la Nasa envió al espacio los tres primeros celulares inteligentes. Sí, smartphones. La intención es la de ver si funcionan para desarrollar algunas tareas de comunicación y recibo de datos. Los tres están funcionando bien y sus señales son recibidas en distintas antenas en el planeta. De este modo podría abaratarse el costo de algunos satélites indicó la agencia.

3. Me pica me pica, me rasco me rasco

Algunos sostenían que la picazón era una forma de dolor menor, otros que el funcionamiento defectuoso de alguna terminación nerviosa. Nada de eso. Según un estudio aparecido esta semana, fue aislado una clase de células nerviosas que nos hacen rascar y solo rascar.

neuronas picazón. En el estudio aparecido en Nature Neuroscience, se demostró que algunas neuronas sensoriales con terminaciones nerviosas en la piel tienen un único receptor de proteína denominado MrgprA3, que al final de cuenta es el que hace que nos rasquemos ante una picazón.

4. Granitos llegados de lejos

Dos granos de arena hallados en un par de meteoritos en la tierra, sugieren que se se formaron en una misma supernova hace miles de millones de años según un estudio aparecido en Astrophysical Journal Letters. La marca química de cada uno de ellos es muy rara y similar, lo que indica un mismo origen: contienen O18 que sólo se forma en esas poderosas explosiones. La supernova es una explosión de una gran estrella cuando consume su material. ¿Cómo llegaron hasta acá?

5. Hay rayos negros

Aunque del asunto comenzó a hablarse hace dos semanas, solo ahora salió la versión oficial. Sí, rayos negros que se pueden presentar invisibles entre las nubes pueden generar rayos gamma, la forma más potente de energía e irradiar los aviones, pero sin poner en peligro la vida de los pasajeros dijeron los científicos. Son rayos gamma terrestres tan brillantes que pueden enceguecer satélites situados lejos de la escena. Y se presentan a alturas a las cuales viajan los aviones comerciales. Se generan por una forma extrema de rayos y aunque pueden emitir gran cantidad de rayos gamma, emiten poca luz visible según un informe en LiveScience.

6. Einstein no se podía equivocar

Al medir las fuerzas gravitacionales en un pulsar, una estrella de neutrones que gira a gran velocidad y su compañera, una estrella enana blanca, se comprobó una vez más que la Teoría General de la Relatividad publicada por Albert Einstein en 1915 es muy sólida. El sistema medido se encuentra a 7.000 años luz de nosotros. El artículo apareció en Science.

7. A ponerse los anillos

Por estos días, con su máximo acercamiento hoy, Saturno se encuentra en oposición. Quiere decir que la Tierra está interpuesta entre él y el Sol, lo que hace de este fin de mes y de mayo los mejores momentos para observar el gran planeta, en el cual se encuentra desde hace años la sonda Cassini, que ha explorado ese complejo sistema de lunas y anillos. Con binoculares se puede apreciar muy bien el planeta con sus anillos.

8. Pasajeros con destino a su muerte, favor abordar

Se conocieron esta semana más detalles sobre la misión Mars One o Marte Uno, por medio de la cual una empresa privada quiere enviar una misión tripulada a Marte, misión que solo tendría tiquete de ida. En 2016 saldrían naves cargueras que llevarían al planeta rojo todo lo que requeriría la misión. En 2023 viajarían los pobladores del planeta. Para muchos se trata de un proyecto poco cuerdo por todas las dificultades que aún existen para que alguien llegue vivo a Marte y pueda vivir allí un tiempo siquiera.

9. De los bichos y el autismo

Una vacuna desarrollada por científicos de la Universidad de Guelph para bacteria intestinal común en personas con autismo, puede servir a la vez para eliminar ciertos síntomas de esa condición. El estudio liderado por la profesora Brittany Pequegnat apareció en el journal Vaccine. El desarrollo es una vacuna basada en carbohidratos para combatir el Clostridium bolteae. Más del 90% de los niños con autismo presentan desórdenes gastrointestinales y cerca del 75% sufren diarrea. La vacuna, parece, podría aliviar algunos síntomas asociados al autismo.

10. Mire y copie

Dos estudios publicados en Science presentan evidencia sólida de que los micos y las ballenas aprenden también como los humanos: mirando y copiando el comportamiento de los demás. En el primer estudio de Erica van de Waal, de la Universidad de San Andrés en el Reino Unido, se demostró que así obra el aprendizaje entre micos Chlorocebus aethiops. En el segundo, un grupo de esa universidad liderado por Jenny Allen encontró que en las ballenas jorobadas también lo hacen. Una transmisión cultural comprobada.

Con células humanas crean super ratones

La intención no es la de crear el super ratón, pero algo así se está logrando.

Sí, al trasplantar células cerebrales humanas a ratones, estos se vuelven más listos, reveló un estudio.

No crea que el trasplante es de neuronas, esas que la mayoría piensa que controlan los pensamientos. No: les trasplantaron células cerebrales llamadas gliales, que apoyan las neuronas e intervienen en el procesamiento cerebral de la información.

Los científicos han visto las gliales, incluido un subgrupo denominado astrocitos, como células de apoyo que alimentan las neuronas y ayudan a mantener el cerebro unido.

En el nuevo estudio publicado en Cell Stem Cell, se muestra que esas células también influyen en la formación de la memoria, dijo R. Douglas Fields a ScienceNews. Él no participó en el estudio.

En este, investigadores liderados por el neurólogo y biólogo de células madre Steven Goldman y el neurobiólogo Maiken Nedergaard del centro médico de la Universidad de Rochester en Nueva York, implantaron células gliales progenitoras en los cerebros de ratones recién nacidos. Estas son un tipo de células madres que originan varias variedades de gliales, incluyendo los astrocitos. Antes, los investigadores habían trasplantado células gliales progenitoras humanas a cerebros de ratones con un desorden parecido a la esclerosis, lo que les permitió vivir una vida normal. El resultado trajo la promesa de que tales trasplantes podrían ayudar a personas con problemas neurológicos.

Los ratones trasplantados suplantaron las células progenitoras de los ratones.

Los científicos de Rochester examinaron las células gliales progenitoras humanas en ratones normales. Hacia los 6 meses de nacidos, estas habían suplantado las células de los ratones, incluidos los astrocitos.

Tras una serie de tests, los ratones mostraron que aprendían más, distinguían nuevos objetos y conocían que ciertos sonidos significaban un shock eléctrico.

Dada la forma como se elaboró el experimento, parece que el fortalecimiento de la memoria provino de las células humanas.

El hambre y el alcoholismo están relacionados

Si nos preguntaran qué tiene que ver el hambre con el alcoholismo, diríamos que nada. No parece tener sentido.

Pero investigadores del Scripps Research Institute hallaron vínculos entre la proteína que controla nuestra necesidad de comer y las células cerebrales relacionadas con el desarrollo del alcoholismo.

El hallazgo fue publicado en Neuropsychopharmacology, centrado en el péptido grelina, conocido por estimular la necesidad de comer.

“Es el primer estudio que caracteriza los efectos de la grelina en las neuronas de una región cerebral llamada el núcleo central de la amígdala”, explicó la líder del equipo, Marina Roberto.

“Cada vez hay evidencia más evidencia de que los sistemas de péptidos que regulan la comida son también actores críticos en el consumo excesivo de alcohol. Estos sistemas tienen un potencial como objetivos para nuevas terapias dirigidas a tratar el alcoholismo”.

El abuso del alcohol explica cerca del 4% de las muertes globalmente cada año.

Si se pudiera hallar un modo de bloquear la actividad de la grelina en aquella región, se podría disminuir o eliminar la ansiedad sentida por los alcohólicos. Sin embargo, Roberto dice que hay que ser cautos dado que las actuales terapias para el alcoholismo solo funcionan en ciertos pacientes.

“Como el alcohol afecta muchos sistemas en el cerebro, no será una sola pastilla la que aliviará los múltiples y complejos aspectos de la enfermedad. Por eso estudiamos el alcoholismo desde distintos ángulos, para entender los distintos blancos del cerebro involucrados”.

Qué logro: transplantan neuronas para curar el dolor

¿Un transplante contra el dolor? Sí. Eso es lo que hicieron científicos de la Universidad de California en San Francisco, que aliviaron el dolor crónico en ratones transplantándoles neuronas en su médula espinal, un avance que podría derivar en mejores tratamientos para el dolor neuropático, una condición persistente provocada por lesiones nerviosas, en las que el dolor se da espontáneamente al menor contacto. El estudio fue publicado en Neuron.

Las células transplantadas liberaron una señal química, el ácido gamma aminobutírico, que aplaca las neuronas escitables. Esta inhibición se pierde con frecuencia en enfermedades neurales como la epilepsia y el dolor crónico, conduciendo a una actividad neural incontrolable.

Varias drogas para el dolor crónico incrementan también la señal del ácido, “pero eso alivia los síntomas sin actuar sobre la causa”, explicó Allan Basbaum, quien condujo el estudio, citado en The Scientist. “En contraste, nuestro desarrollo restaura el control inhibitorio que el tejido lesionado pierde. Así, podemos esperar efectos más largos y quizás permanentes”.

“Este estudio es un hito”, dijo a The Scientist Hanns Zeilhofer, de la Universidad de Zurich, quien no participó en la investigación. “Demuestra un alivio impresionante del dolor. A largo plazo puede allanar el camino para una terapia celular para el dolor intratable de otra manera”.

Algunos grupos han reducido los problemas epilépticos en ratones al implantar neuronas fetales que liberan el ácido en sus cerebros. Basbaum quería ver si las mismas neuronas podían ser transplantadas con éxito en la espina para tratar el dolor crónico.

Joao Baz, postdoctor en el laboratorio de Basbaum, extrajo precursores inmaduros de neuronas liberadoras de ácido del cerebro de fetos de ratones y los inyectaron en adultos con lesiones de los nervios de la espina, cuyas garras eran muy sensibles al dolor. Las neuronas se inyectaron en una estructura de la espina que recibe la información sensorial de todo el cuerpo. La pérdida de las señales del ácido en esa región, se cree, es la base de ciertas condiciones dolorosas muy difíciles de tratar.

Las neuronas transplantadas sobrevivieron y dieron origen a células maduras liberadoras del ácido, que formaron conexiones con los circuitos locales de la espina. Al mes, la sensibilidad en los ratones había desaparecido.

Los transplantes no aliviaron los síntomas del dolor inflamatorio, causado por las lesiones en tejidos antes que en los nervios. Esto sugiere que en vez de proveer alivio general al dolor, las nuevas neuronas atacaron la causa del dolor neuropático: la carencia del ácido.

Un increíble avance.

Tenemos 86.000 millones de neuronas

Por más que creamos que tenemos muchas neuronas y que algunos, erróneamente, digan que no usamos todo nuestro cerebro, científicos acaban de revelar un dato sorprendente. Los humanos tenemos 14.000 millones de neuronas menos de lo que se creía, un número que tienen los monos babuinos.

A esa cifra llegaron científicos encabezados por Suzana Herculano-Houzel, de la Universidade Federal do Rio, que analizaron cerebros humanos con edades de 50, 51, 54 y 71 años donados a la ciencia por hombres.

Para contarlas, disolvieron las membranas celulares del cerebro creando una mezcla homogénea. Luego tomaron una muestra de esa sopa, contaron el número de núcleos celulares de las neuronas y las llevaron a escala apra obtener el número total.

En promedio, entonces, un cerebro humano posee 86.000 millones de neuronas. Ninguno de los cerebros alcanzaba las 100.000. Los 14.000 millones menos equivalen al cerebro del babuino y casi la mitad de las que posee un gorila, o sea que es una diferencia importante, dijo la investigadora.

La cuestión ahora es qué tan importante es aquella cantidad, a sabiendas de que investigaciones previas han indicado que grande no es necesariamente mejor. La cantidad que poseemos, argumentan algunos, es lo que necesitamos para controlar nuestro cuerpo grande. Otros sostienen que nuestros grandes cerebros son necesarios para nuestra compleja vida social, el uso de herramientas o pensar sobre el pensar (metacognición).

Algunos científicos, sin embargo, creen que nuestra inteligencia no están en el tamaño del cerebro sino en la complejidad de las interacciones cerebrales, al punto de aún no conocemos mucho de su funcionamiento.

La marihuana sí afecta la memoria

¿Qué me dijo? La marihuana afecta la memoria de corto plazo, reveló un estudio publicado en Cell.

La droga afecta la memoria de trabajo, esa capacidad de retener y utilizar información en cortos periodos de tiempo para razonar, comprender y aprender.

Los neurocientíficos Giovanni Marsicano, de la Universidad de Bordeaux en Francia y Xia Zhang, del Institute of Mental Health Research de la Universidad de Ottawa, Canadá, demostraron que ese efecto colateral común se presenta por unos mecanismos de señales desconocidos entre las neuronas y otras células llamadas astrocitos, que parece son los que modulan la memoria de trabajo (working memory).

El estudio se hizo con ratas modificadas para alterar o no la producción de unos receptores cerebrales. Al fin encontraron que el ingrediente psicoactivo de la marihuana, el tetrahidrocannabinol (THC), debilitaba la sinapsis o conexión entre neuronas.

Y aunque es difícil extrapolar de ratas y ratones a humanos, según Marsicano, la marihuana afecta la memoria en aquellos dos, por lo que un mecanismo similar debe estar presente en las personas.

El efecto no sería sentido por quienes fuman ciertas variedades de marihuana: un estudio de 2010 mostró que aquellas con un alto contenido de cannabidiol no experimentan deterioro de la memoria, por lo que podrían ser útiles en fines medicinales.

El hallazgo aporta al entendimiento de la memoria y tendría efectos para desarrollar medicinas para mejorarla en condiciones como, por ejemplo, el Alzheimer.

Unas células vitales para el aprendizaje

No solo son el pegamento que mantiene juntas las neuronas, como se había pensado. Las células gliales, llamadas así por la palabra griega ‘cemento’ son fundamentales para la plasticidad cerebral, esa manera como el cerebro se adapta, aprende y almacena la información.

Investigadores de la Universidad de Tel Aviv encabezados por Maurizio De Pittà piensan que las gliales desempeñan un papel más allá de mantener unidas las neuronas y poseen información para el proceso de aprendizaje. “Son como las supervisoras del cerebro, Al regular la sinapsis, controlan la transferencia de información entre neuronas, incidiendo en la forma como el cerebro procesa la información y aprende”, dijo.

De Pittà, junto con Eshel Ben-Jacob, Vladislav Volman (The Salk Institute) y Hugues Berry (Université de Lyon), desarrolló un modelo de computador que incorpora la influencia de las células gliales en la transferencia de la información sináptica, reporte presentado en Plos Computational Biology.

El modelo puede ser implementado en tecnologías basadas en redes cerebrales tales como softwares de computador y microchips, así como de ayuda para desórdenes cerebrales como la enfermedad de Alzheimer y la epilepsia.

El cerebro está constituido por dos tipos principales de células: neuronas y gliales. Las primeras activan las señales que dictan cómo pensamos y nos comportamos, usando la sinapsis para pasar el mensaje de una neurona a otra.

Las células gliales abundan en el hipocampo y en la corteza, dos áreas del cerebro que ejercen el control sobre la capacidad del cerebro de procesar información, aprender y memorizar. De hecho, por cada neurona, hay de 2 a 5 gliales.

El cerebro, explica Ben-Jacob, es como una red social. Los mensajes se pueden originar en las neuronas, que usan la sinapsis como su sistema de entrega, pero las gliales sirven como un moderador, regulando cuáles mensajes se envían y cuándo.

Estas células pueden acelerar la transferencia de información o disminuir la actividad si la sinapsis está sobrecargada. Esto convierte las gliales en las guardianas de nuestros procesos de aprendizaje y memoria, orquestando la transmisión de información para el funcionamiento óptimo del cerebro.

En la foto, células gliales de ratón. Cortesía.

Cómo reversar efectos de la cocaína

Gracias al poder de la optogenética, investigadores en Suiza no solo establecieron el primer vínculo causal entre los cambios inducidos por la cocaína en células cerebrales y el comportamiento físico, sino que han revertido tales modificaciones, reveló un artículo en Nature.

Es un resultado muy excitante, dijo Mark Thomas, de la Universidad de Minnesota, quien no estuvo envuelto en el estudio. “Es una prueba de que reversando la plasticidad sináptica inducida por la droga se puede modificar el comportamiento. Desde esa perspectiva, es un gran paso adelante”.

Como en humanos, los ratones que ingieren cocaína se hacen más activos físicamente y ansiosos y con dosis repetidas estas situaciones incrementan, un fenómeno denominado sensibilización locomotriz, que demuestra que las primeras dosis de la droga provocan cambios en el cerebro.

La cocaína aumenta la activación neuronal del núcleo accumbens, una región cerebral relacionada con el placer y la recompensa, según Christian Lüscher, de la Universidad de Ginebra, quien dirigió el estudio. Es decir “la eficacia con la cual la transmisión que ocurre entre las neuronas aumenta”. Pero no existía prueba de que esto estaba relacionado con cambios de comportamiento.

Con el uso de optogenética se logró, una técnica en la cual canales de iones de algas sensibles a la luz se expresan en neuronas específicas haciendo que actúen en respuesta a la luz.

En una pequeña variación de esa técnica, Lüscher y colegas utilizaron estimulación por luz para reducir la actividad de las neuronas en aquel núcleo, reversando la actividad aumentada, llamada potenciación, que provoca la cocaína.

Cuando los ratones a los que se les había suministrado inyecciones de cocaína y fueron tratados con la optogenética modificada, la sensibilización locomotriz no aparecía y en cambio parecía que hubieran recibido la primera dosis de cocaína.

“Es destacable que en verdad funciona”, dijo Lüscher. “Ese era nuestro objetivo, pero que haya funcionado de tal manera tan confiable es muy interesante”.

La capacidad de reversar cambios celulares y conductuales provocados por drogas adictivas abre un camino de potenciales terapias, aunque estas están todavía un poco más lejanas.

Café sí activa el cerebro

Para halar de café, todo colombiano se siente autorizado. Y la ciencia, hasta ahora, no ha hallado contraindicaciones serias para la bebida.

Pero, ¿qué efectos produce en verdad la cafeína? La mayoría de los adictos al café afirmarían que agudiza la mente. Resulta que en roedores una sola dosis de cafeína en verdad fortalece las conexiones celulares en una región del cerebro poco considerada, según estudio presentado en Nature Neuroscience.

Es que una idea exacta de lo que sucede en el cerebro con la cafeína proveería a los científicos con elementos para sacar ventaja de sus efectos estimulantes y aliviar quizás ciertos síntomas de algunos desórdenes cerebrales.

Hasta el presente, la mayoría de los efectos se han determinado mediante el consumo de dosis más elevadas a las que una persona consume por lo general en la mañana, consideró Serena Dudek, coautora del estudio del National Institute of Environmental Health Sciences en E. U.

Con su equipo analizó los efectos de pequeñas dosis de cafeína en una pequeña región del hipocampo. En los humanos, esta estructura con forma de caballo de mar está bien adentro detrás de las orejas.

Tras darles a ratas el equivalente a dos pocillos de café (dos miligramos de cafeína por kilo de peso corporal) midieron la fuerza de los mensajes eléctricos en las células nerviosas en pedazos del tejido cerebral.

Las neuronas en este sitio particular –una región denominada CA2- recibieron un gran empuje de la cafeína, mostrando una mayor actividad eléctrica cuando los investigadores estimularon las células.

Las células de las partes adyacentes del hipocampo no mostraron tal sensibilidad.

A más cafeína, mayor el efecto. Una dosis 10 veces mayor, como la de los grandes consumidores de café, provocó una respuesta aún más fuerte en las células de esa región, un efecto que se notó además cuando se aplicó directamente la cafeína en las células de la CA2 en un disco.

Tras cinco minutos de exposición a al cafeína, la sinapsis (unión entre neuronas en las cuales se transmite un impulso) permanecía sobreexcitada durante 3 horas.