Implantan cerebelo robótico en una rata: ¡y funcionó!

En un avance sorprendente y que raya con lo increíble, científicos israelíes implantaron con éxito un cerebelo robótico en el cráneo de un roedor con caño cerebral, restaurando su capacidad de movimiento.

Este cerebelo cibernético consiste de un chip de computador eléctricamente conectado al cerebro de la rata con electrodos, colocándose el chip por fuera del cráneo..

El cerebelo es responsable de coordinar el movimiento, explicó el profesor Matti Mintz, del Departamento de Psicología en la Universidad de Tel Aviv. Cuando se conecta con el cerebro, este cerebelo robótico recibe, interpreta y transmite información sensorial del tallo cerebral, facilitando la comunicación entre el cerebro y el cuerpo.

Para examinar esta interfaz robótica entre cuerpo y cerebro, los investigadores enseñaron a una rata anestesiada y con daño cerebral a parpadear cuando escuchaba un sonido y recibía un soplo. La rata sólo respondía cuando el cerebelo robótico estaba conectad, no pudiendo parpadear cuando estaba desconectado..

Según el investigador, el chip está diseñado para imitar la actividad natural de las neuronas. “Es una prueba del concepto de que podemos grabar información del cerebro, analizarla de una manera similar a la red biológica y entonces regresarla al cerebro”, dijo Mintz, quien presentó su investigación en el encuentro Strategies for Engineered Negligible Senescence en Cambridge, Reino Unido.

Este cerebelo podría conducir en un futuro aún lejano a implantes electrónicos que remplacen tejidos dañados en el cerebro humano, habiéndose probado ya, en distintas ocasiones, que extremidades prostéticas e implantes cocleares pueden conectarse al cerebro, aunque son dispositivos de una sola vía de comunicación.

El dispositivo podría incluso servir para mejorar el poder de cerebros sanos.

La próxima etapa será modelar un área más grande del cerebelo que aprenda una secuencia de movimientos y ensayar el chip en un animal consciente, un enorme reto.

Un paso más, de todas maneras, hacia la inteligencia artificial.

En la imagen, rata de laboratorio.

Nuestro cerebro tiene una región para los animales

El afecto, el temor o el disgusto con lo animales está entronizado en el cerebro, de acuerdo con una investigación de esta semana publicada en Nature Neuroscience.

Un grupo de científicos encabezado por Florian Mormann demostró que solo el lado derecho de la amígdala en el cerebro está involucrado en el procesamiento de imágenes de animales, sea en términos de aversión, temor o afecto.

Que así sea subraya la enorme importancia que los animales han tenido a lo largo de la historia evolutiva de los humanos.

La amígdala es la parte del cerebro relacionada con el procesamiento del miedo y otras emociones y tiene un lóbulo en ambos hemisferios (derecho e izquierdo).

En su estudio los científicos grabaron la actividad de cerca de 500 neuronas individuales de 41 pacientes de neurocirugías que presentaban resistencia a los medicamentos para la epilepsia, mientras les mostraban un rango de fotos de personas, animales, señales y objetos.

Antes de la operación, les implantaron electrodos en el cerebro para registrar qué áreas causaban los ataques epilépticos para que la cirugía pudiera dirigirse a ellas. Los autores quisieron evaluar, aprovechando la ocasión, la reacción ante aquellas imágenes.

Solo las neuronas en la amígdala derecha respondieron con consistencia a las fotos de los animales, tanto de aquellos que parecían tiernos como de aquellos que podían evocar temor o disgusto.

Esta selectividad parece, dijeron los científicos, independiente de la excitación emocional y reflejaría aquella historia evolutiva de cercana relación, aunque los autores creen que hay que profundizar más. Esa posible explicación va en el camino de otros estudios recientes sobre la respuesta de las personas ante los animales.

Explican al fin porqué fallan las dietas

Que eso me sirve, que antes me engordé, que esta dieta es la mejor, que siga aquella, que no coma, que sí coma, que no soy capaz de aguantar hambre… ¿Por qué es tan difícil seguir una dieta?

Científicos parecen haber hallado la respuesta o parte de ella. No es sencillo aguantar hambre por una razón que no se conocía.

En el número de esta semana de Cell Metabolism apareció un artículo en el cual se demuestra que cuando las neuronas del hipotálamo tienen hambre, toman un doble camino para luchar contra la escasez de nutrientes: se comen a sí mismas, un proceso llamado autofagia y desencadenan una cascada que hace que el organismo pida más alimento.

Por eso es que cuando se trata de una dieta estricta en ingestión de alimentos, las posibilidades de fracaso son mayores.

“Este estudio identifica el eslabón perdido (entre cerebro y control de peso) como la autofagia”, dijo Vojo Deretic, jefe del Departamento de Genética Molecular y Microbiología de la Universidad de Nuevo México, quien no estuvo involucrado en el estudio, consultado por The Scientist.

No son pocas las personas que cuando intentan una dieta no logran seguirla por mucho tiempo, cayendo ante la necesidad de ingerir alimentos ricos en grasa. Estudios anteriores han demostrado que niveles aumentados de ácidos grasos flotando extracelular en el hipotálamo, región del cerebro que monitorea el estado nutricional, dispara la necesidad de comer. No se conocían los mecanismos que controlaban los niveles de esas moléculas ácidas dentro del cerebro.

La bióloga molecular Susmita Kaushik y sus colegas del Alber Eisntein College of Medicine en Bronx, Nueva York, decidieron investigar una variedad de neuronas del hipotálamo, AgRP, cuya producción de la molécula AgRP ha sido ligada al aumento en la ingestión de alimentos.

Al remover suministros de nutrientes de las neuronas in vitro y manteniendo alejada la comida de ratones, descubrieron que el hambre activa la autofagia, un proceso común que involucra la descomposición de los organelos de la célula y de las proteínas.

En esencia ambos, in vitro como en los ratones, las neuronas AgRP comienzan a comerse a sí mismas, descomponiendo pedacitos de gotas de grasa dentro de sus organelos y citoplasma.

“El estudio demuestra la naturaleza única de las neuronas del hipotálamo y su capacidad de regular la autofagia como respuesta al hambre, que es consistente con los roles de tales neuronas en la alimentación y la homeostasis (mantenimiento estable) de energía”, dijeron los autores.

Cómo detectar los enemigos

Pregunta: ¿cómo sabe uno que un desconocido es el enemigo? ¿Cómo un ratón usa su olfato para detectar y evadir depredadores, incluyendo aquellos que no conoce siquiera?

Respuesta: David Ferrero y Stephen Liberles de Harvard Medical School, descubrieron un simple compuesto que se halla en altas concentraciones en la orina de carnívoros que provoca instintivamente una respuesta de evasión en ratones y ratas. Es la primera vez que científicos identifican un químico que les permitiría oler los carnívoros en general desde una distancia segura. Entender las bases moleculares del reconocimiento de depredadores por el olor entregaría herramientas cruciales para estudiar los circuitos neurales asociados con la conducta innata.

Los hallazgos fueron publicados en Proceedings of the National Academy of Science.

El trabajo comenzó en 2006 cuando Liberles estaba en el laboratorio de Linda Buck, parte de un grupo que ganó el Nobel por identificar los receptores que permiten a las neuronas olfatorias detectar olores. Allí identificó un nuevo tipo de receptor, llamado TAAR).

Los ratones tienen unas 1.200 clases de receptores de olores y 14 tipos de TAAR. En comparación los humanos –que dependemos más de la visión- tenemos unos 350 receptores de olores y 5 TAAR.

Varios de los TAAR de los ratones detectan químicos presentes en la orina de ratones, por lo que Liberles se preguntó se desempeñaban un rol en la conducta social de los roedores.

Ferrero descubrió entonces que uno de esos 14 TAAR detectaba el olor de varios carnívoros. Se trataría de una kairomona: un químico que funciona como una feromona, excepto que se comunica entre miembros de diferentes especies en vez de la misma.

El olor de los pies es el que atrae… la fatal malaria

Algo los llama. ¿Será el olor? La malaria, transmitida por hembras del mosquito Anopheles, provoca al menos 1 millón de muertes al año en países tropicales.

La hembra es guiada al cuerpo por el CO2 que expiramos los humanos. Pero, curiosamente, no se dirige hacia donde sale el dióxido de carbono. No. Va directo hacia… ¡los pies!

El científico Remco Suer descubrió cómo esas hembras utilizan el olor de los pies en los últimos metros de su recorrido para alcanzar el sitio preferido para extraer sangre.

El estudio se hizo con Anopheles gambiae, principal transmisor de malaria en África. Emplea sus órganos olfatorios (dos antenas, un par de apéndices de la mandíbula y el proboscis (proyección tubular de la cabeza o de la parte anterior del tubo digestivo de un organismo) en busca de una fuente para obtener su alimento.

Desde una distancia de varias decenas de metros, los mosquitos detectan el CO2, que es parte del aire exhalado por los humanos; pero no lo siguen hasta la fuente, sino que a cierta distancia, ya más cerca de su víctima, se dirigen a los pies, donde prefieren picar.

Suer, del grupo de Entomología de Wageningen University, en la que presentó hoy el estudio que le sirve de tesis de doctorado, descifró el mecanismo para tal comportamiento.

Un estudio previo dentro del proyecto, financiado por la Fundación de Bill y Melinda Gates, había mostrado que una bacteria que reside en el pie produce varios olores e identificó 10 olores bacteriales en esa extremidad, los que mezclados son atractivos para el mosquito.

Suer demuestra ahora que 9 de esos 10 olores son detectados por las neuronas olfatorias presentes en estructuras tipo capilaridad en las partes de la boca del insecto.

Es más: descubrió que 5 de los 10 olores microbianos son capaces de bloquear la respuesta al CO2. Al bloquearse esa señal, el mosquito deja de orientarse hacia esa fuente y les presta atención a los olores que emanan de los pies.

Los olores que bloquean el CO2, entonces, pero que activan otras neuronas olfatorias pueden tener algún uso en barreras de olor que atrapen la atención del insecto y, por ende, no piquen a la persona sino que encuentran un final inesperado.

Ojo: A veces sólo un pedazo del cerebro se duerme

Eso nos ha pasado a todos y tiene ahora una explicación. ¿Ha guardado la leche en la despensa y las galletas o el cereal en la nevera? ¿Se le perdieron las llaves que tenía hace un minuto?

Bueno, eso pasa porque una parte de su cerebro… ¡está durmiendo!

¿Cómo así? Tras no haber dormido bien, aunque el cerebro está despierto algunas células se echan una siesta para descansar. Esa breve desconexión hace que uno pierda noción de lo que hace.

Eso fue lo que descubrieron científicos de la Universidad de Wisconsin-Madison en Estados Unidos.

“Incluso antes de que usted se sienta fatigado, hay señales en el cerebro de que debería dejar de hacer ciertas actividades que exijan un estado vigilia, de atención y alerta”, expresó Chiara Cirelli, profesora de Psiquiatría. “Grupos específicos de neuronas pueden dormirse, con consecuencias negativas para el desempeño”.

Hasta ahora se creía que la falta de sueño afectaba todo el cerebro.

“Sabemos que cuando estamos somnolientos cometemos errores, nuestra atención vaga y se pierde nuestra vigilancia”, dijo Cirelli. Mediante encefalogramas pudieron detectar que aún cuando las personas están despiertas pueden experimentar periodos cortos de microsueño.

Se pensaba que tales periodos de microsueño eran la causa más probable de dormirse mientras se conduce un auto, pero la nueva investigación halló que aún antes de ese estado, el cerebro presenta una actividad como de sueño que lo inhabilita, explicó la investigadora.

El estudio con ratas fue presentado en Nature. A grupos de roedores se les implantaron dispositivos en ciertas áreas del cerebro. Tras mantenerlas despiertas por buen rato, los dispositivos mostraron áreas de sueño local, a pesar de la apariencia del animal de estar despierto y activo.

En la foto de Giulio Tononi, ratas que se mantuvieron despiertas para medir su actividad cerebral.

Al fin hallan origen genético de la migraña

Es una manera de poder echarle a alguien la culpa de esa dolorosísima situación.
Un estudio mundial que incluyó datos genéticos de más de 50.000 personas permitió encontrar la primera variante genética relacionada con esa condición.
El grupo de investigadores encontró que los pacientes con una variante particular del ADN en el cromosoma 8 entre dos genes -PGCP y MTDH/AEG-1 tienen un riesgo significativamente mayor de desarrollar migraña.
El equipo encontró a la vez una posible explicación para ese vínculo: Parece que la variante asociada de ADN regula los niveles de glutamato, un químico conocido como neurotransmisor, que transporta mensajes entre las células nerviosas en el cerebro.
Tal parece que una acumulación de glutamato en las uniones de las neuronas (sinapsis) en el cerebro podría tener un papel en el comienzo de los ataques de migraña.
Prevenir esa acumulación podría ser un objetivo promisorio para el desarrollo de nuevas medicinas que prevengan la aparición de la enfermedad.
La migraña afecta aproximadamente a una de cada seis mujeres y a uno de 12 hombres y es el desorden cerebral más costoso en la Unión Europea y Estados Unidos
“Es la primera vez que hemos logrado mirar dentro del genoma de miles de personas y hallar señales genéticas para entender la migraña común”, reveló Aarno Palotie, jefe del International Headache Genetics Consortium en el Wellcome Trust Sanger Institute, que encabezó el estudio mundial en el que participaron 40 centros
El estudio fue publicado en la revista Nature..

Lógico que sí nos hablamos

Lo que n o logran los humanos, que no conocen quién es su vecino, lo hacen las células del cerebro. Investigadores de la Universidad de Pittsburgh encontraron nueva evidencia de que los ganglios basales y el cerebelo, dos áreas importantes del sistema nervioso, están ligados y forman una red integrada funcional. Cada una de las dos regiones conversa con la otra, por decirlo de otra manera. El hallazgo fue publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences.
“Los ganglios basales y el cerebelo son dos grandes estructuras subcorticales que reciben información de y envían respuesta a la corteza cerebral para influir el movimiento y el conocimiento”, explicó Peter L. Strick, autor senior del estudio y profesor de Neurobiología.
Cada una de esas estructuras contiene un mecanismo único de aprendizaje. Los ganglios basales están relacionados con el aprendizaje por recompensas y la formación gradual de hábitos. En contraste, se cree que los circuitos del cerebelo contribuyen a un aprendizaje más rápido y maleable en respuesta a los errores en el desempeño.
“En el pasado, estos dos mecanismos de aprendizaje eran vistos como separados por completo, y nos preguntábamos cómo se integraban las señales de los dos”, dijo Strick.
Mediante un método para revelar las cadenas de neuronas ligadas por sinapsis (la unión intercelular especializada entre neuronas), demostraron que esas dos regiones están interconectadas y se comunican entre sí.
El hallazgo tiene implicaciones para el control normal del movimiento y el conocimiento, pero también ayuda a explicar algunos hallazgos en pacientes con desórdenes de los ganglios basales.
Por ejemplo, se sabe que la enfermedad de Parkinson es causada por la degeneración de un conjunto específico de neuronas y su sinapsis en los ganglios basales. Sin embargo, uno de los tratamientos para el temblor característico es interrumpir las señales del cerebelo a la corteza cerebral Y estudios con imágenes de pacientes con Parkinson y distonía, otro desorden que se cree que tiene un origen en los ganglios basales, muestran un crecimiento anormal en la actividad del cerebelo.
La alteración de la función del cerebelo posiblemente contribuye a los síntomas incapacitantes de los desórdenes de los ganglios basales.

El camino al cerebro sintético

Cerebro. Qué máquina tan complciada. ¿Se ha imaginado alguna vez un cerebro artificial? La verdad es que estamos lejos de tener uno, aunque no de desarrollar ciertos sistemas cerebrales.
Científicos de la Universidad del Sur de California dan los primeros pasos en la construcción de neuronas a partir de nanotubos de carbono que emulan la función cerebral.
“No sabemos si construir un cerebro sintético es posible”, explicó Alice Parker, profesora de Ingeniería Eléctrica. “Puede tomar décadas fabricar algo cercano a un cerebro humano, pero emular pedazos del cerebro, como un sistema de visión sintético o una cóclea sintética que se comunique con éxito con un cerebro real, pueden estar disponibles pronto, mientras que las partes sintéticas de la corteza cerebral en unas décadas”.
El reto de crear un cerebro sintético es emocionante. A diferencia del software de computador que estimula la función cerebral, un cerebro sintético incluirá un hardware que emule las células del cerebro, su sorprendente y compleja conectividad y un concepto que Parker denomina plasticidad, que les permite a las neuronas artificiales aprender mediante la experiencia y adaptarse a cambios en su ambiente del modo como lo hacen las neuronas.
¿Se concretará?

El ADN es un baúl de los recuerdos

Recuerdos. Tal parece que las memorias podrían guardarse en… ¡el ADN!
Experimentos en ratones, según artículo en New Scientist, sugiere que ciertos patrones químicos en el ADN pueden ser responsables de preservar los recuerdos.
Para recordar un evento particular, se debe activar una secuencia específica de neuronas en el momento justo. Para que esto suceda, las neuronas deben estar conectadas de cierta manera por unas uniones químicas llamadas sinopsis. Cómo permanecen durante décadas considerando que las proteínas en el cerebro, incluyendo aquellas que forman la misma sinopsis, son destruidas y remplazadas constantemente, es un misterio aún.
Courtney Millar y David Sweatt, de la Universidad de Alabama en Birmingham sostienen que las memorias duraderas pueden ser preservadas por un proceso llamado ADN metilación, la suma de aquellos patrones químicos llamados grupos metilo en el ADN.
¿Podrán permanecer los recuerdos de alguien tras su muerte? Un tema del que se ha especulado en textos de ciencia ficción, que para algunos no son tan irreales.