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Archivos de la categoría ‘Neurología’

Desvelan los secretos de una buena memoria en las personas mayores

Publicado por Jordi Guzman en 26 marzo 2010


Un estudio del cerebro de las personas que mantienen las facultades mentales intactas a partir de los 80 años pone en tela de juicio anteriores investigaciones. Los hallazgos, hechos públicos en la 23ª reunión nacional de la Sociedad Química Americana, muestran que los cambios vinculados a la decadencia del cerebro y al alzhéimer no son una parte normal e inevitable del envejecimiento.

En una ponencia de la 23ª reunión nacional de la Sociedad Química Americana (ACS, por sus siglas en inglés), el equipo de

Las personas mayores con envejecimiento excepcional parecen evitar la formación de nudos. Foto: iStock.

investigación liderado por Changiz Geula, científico de la Universidad de Northwestern en Chicago (EE UU), describió la existencia de personas ancianas con una memoria muy aguda y un envejecimiento excepcional, debido a que no sufren de los llamados “nudos” cerebrales.

Los nudos consisten en una forma anormal de una proteína llamada “tau” que daña y, finalmente, mata a las células nerviosas. Los nudos, que reciben este nombre por su apariencia retorcida y nudosa bajo el microscopio, aumentan con la edad y alcanzan su máxima concentración en personas con la enfermedad de Alzheimer.

“Este descubrimiento es pionero y sus implicaciones son enormes. Siempre hemos dado por hecho que la acumulación de nudos es un fenómeno progresivo que se produce durante todo el proceso normal de envejecimiento”, explica Geula. “Pero ahora tenemos pruebas de que algunas personas son inmunes a la formación de nudos”.

Las personas sanas desarrollan una cantidad moderada de nudos, mientras que en las personas con alzhéimer se encuentran las mayores concentraciones. La evidencia apoya que la presencia de nudos puede influir en el rendimiento cognitivo, por lo que las personas con un menor número de nudos poseen rendimientos superiores, y las personas con un mayor número parecen ser normales para su edad.

Los hallazgos se basan en el estudio de nueve cerebros de más de 80 años con envejecimiento excepcional, que obtuvieron unos resultados en las tareas de memoria propios de personas de 50 años.

Cerebros inmunes al deterioro

Los científicos descubrieron que las personas con envejecimiento excepcional parecen encuadrarse dentro de dos categorías: los que casi son inmunes a la formación de nudos y los que tienen pocos nudos. “Los nudos y otros depósitos llamados placas se acumulan en mayor medida en el cerebro de las personas con la enfermedad de Alzheimer”, subraya el investigador.

Según explican los expertos, “un grupo de personas con envejecimiento excepcional parece evitar la formación de nudos. Su cerebro está prácticamente limpio, lo que no sucede en personas con un envejecimiento normal. El otro grupo parece tener nudos en una cantidad igual o menor que los ancianos normales, pero por alguna razón parece estar protegido frente a sus efectos”.

El siguiente paso, según palabras de Geula, es determinar el por qué de esta inmunidad. El entorno, el estilo de vida y la genética podrían ser factores clave. Por ejemplo, las personas con envejecimiento excepcional podrían tener una predisposición genética para ello, mientras que otros podrían conservar su función mental gracias a una dieta saludable o a seguir siendo física o mentalmente activos.

“La química, en última instancia, es una de las claves para comprender qué hace que se formen los nudos. Si logramos comprender las características anatómicas, patológicas y moleculares de los cerebros con mayor rendimiento, podríamos llegar a proteger a los cerebros normales contra la pérdida de memoria relacionada con la edad”, concluye Geula.
Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC).

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Visualizan en 3D las conexiones neuronales

Publicado por Jordi Guzman en 21 enero 2010


Un equipo de investigadores del Instituto Max Planck de Bioquímica (Alemania), encabezado por el físico español Rubén Fernández-Busnadiego, ha conseguido obtener imágenes en 3D de las vesículas y filamentos implicados en la comunicación neuronal. El método se basa en una novedosa técnica de microscopía electrónica que enfría las células tan rápido que permite congelar las estructuras biológicas en plena actividad.

“Hemos aplicado la crio-tomografía electrónica, una novedosa técnica de microscopía basada en la congelación ultrarrápida de

Visualización tridimensional de la sinapsis mediante tomografía electrónica: vesículas sinápticas (amarillo), membrana celular (violeta), conectores entre vesículas (rojo), filamentos que anclan las vesículas a la membrana celular (azul marino), microtúbulo (verde oscuro), material del espacio sináptico (verde claro) y densidad postsináptica (naranja). Imagen: Fernández-Busnadiego et al.(clic para ampliar)

células, al estudio y obtención de imágenes tridimensionales de la sinapsis, la estructura celular donde tiene lugar la comunicación entre las neuronas del cerebro de los mamíferos” explica a SINC Rubén Fernández-Busnadiego, primer autor del estudio que este mes es portada de la revista Journal of Cell Biology y físico del Instituto Max Planck de Bioquímica (Alemania).

En la sinapsis una célula presináptica (emisor) libera neurotransmisores sobre otra postsináptica (receptor), generando en ella un impulso eléctrico y estableciendo así la transmisión de información nerviosa. En este trabajo los investigadores se han centrado en las diminutas vesículas (de unos 40 nanómetros de diámetro) que transportan y liberan los neurotransmisores desde los terminales presinápticos.

“Gracias a la aplicación de determinados tratamientos farmacológicos y del avanzado método de análisis de imágenes 3D que hemos desarrollado, se puede observar la multitud de estructuras filamentosas que pueblan el terminal presináptico e interactúan directamente con las vesículas sinápticas, así como descubrir su papel fundamental en respuesta a la actividad eléctrica del cerebro”, destaca Fernández-Busnadiego.

Los filamentos conectan a las vesículas entre sí y con la zona activa, la parte de la membrana celular donde se produce la liberación de los neurotransmisores. Según el físico español, estas estructuras filamentosas actúan como barreras que limitan el libre movimiento de las vesículas, manteniéndolas en su lugar hasta que llega el impulso eléctrico, además de determinar la facilidad con la que se fusionan con la membrana.

Imágenes bajo 0

La técnica en la que se basan estos descubrimientos, la crio-tomografía electrónica, permite obtener imágenes tridimensionales del interior de las células y minimizar las alteraciones estructurales. Esto es posible porque las células no están fijadas con reactivos químicos sino que están vitrificadas, es decir, congeladas tan rápidamente que el agua de su interior no tiene tiempo de cristalizar y se mantiene en estado sólido.

El uso de microscopios especialmente equipados permite la visualización de estas muestras, que se conservan siempre a temperaturas de nitrógeno líquido (inferiores a -140 ºC). Además, este método no requiere de tinciones adicionales, por lo que la densidad de las estructuras biológicas se observa directamente.

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Referencia bibliográfica:

Rubén Fernández-Busnadiego, Benoît Zuber, Ulrike Elisabeth Maurer, Marek Cyrklaff, Wolfgang Baumeister y Vladan Lučić. “Quantitative analysis of the native presynaptic cytomatrix by cryoelectron tomography”. The Journal of Cell Biology 188 (1):145-156, 11 de enero de 2010.
Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC).

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El lenguaje de las neuronas

Publicado por Jordi Guzman en 13 enero 2010


Igual que si las neuronas tuvieran una cita, “el cuándo y el dónde determinan cómo es la comunicación entre ellas”. Lo afirma David Gómez Varela, investigador asturiano en la Universidad de California, San Diego, que ha descubierto nuevos mecanismos que influyen en el proceso de comunicación neuronal. En la actualidad, trabaja para entender el funcionamiento de un tipo de receptores neuronales que influyen en procesos como atención y memoria.

El trabajo de David Gómez Varela se centra en los receptores de acetilcolina de las neuronas. La acetilcolina es una sustancia

David Gómez Varela en la Universidad de California, San Diego, ante la imagen de una neurona. / Foto: D. G.

liberada por nuestras neuronas que sirve para la comunicación entre éstas, lo que se denomina un neurotransmisor. Como explica el investigador mierense, “los receptores de acetilcolina, a los que también se une la nicotina procedente del tabaco, regulan un tipo de comunicación entre nuestras neuronas que determina los procesos de memoria y atención. De hecho, en la enfermedad de Alzheimer, uno de los primeros eventos moleculares que ocurren en el cerebro es la unión de la proteína Beta-amiloide a estos receptores de Acetilcolina, lo cual desemboca en la destrucción neuronal con el consiguiente déficit en atención y memoria”.

Por eso, apunta Gómez Varela, estos receptores son actualmente una diana terapéutica preferente, no sólo en el tratamiento de la adicción al tabaco, sino también en procesos patológicos en los que memoria y atención se ven alteradas. Pero antes es necesario conocer a fondo cómo funcionan los receptores de acetilcolina y en qué consisten las alteraciones de su función que se producen en estas patologías.

En esta dirección se enfoca la técnica que David Gómez Varela desarrolló, junto con su colega Tobias Köhl, durante su estancia en el Instituto Max Planck en Göttingen, Alemania, y que le ha permitido observar el movimiento de un solo receptor en el punto donde se produce la comunicación entre neuronas (sinapsis). “La técnica conjuga biología, microscopía y matemáticas, y nos permite observar, con una resolución de nanómetros (la millonésima parte del milímetro) y en una escala temporal de milisegundos, cómo un solo receptor entra en una sinapsis”, afirma el asturiano.

Entre los hallazgos que ha permitido este método se encuentra el itinerario que siguen los receptores de acetilcolina hacia la sinapsis. “La idea más generalizada es que los receptores neuronales llegan a la sinapsis viajando por el interior de la célula, pero gracias a esta nueva tecnología hemos podido observar por primera vez cómo se produce realmente, mediante un procedimiento conocido como mecanismo de difusión lateral”, señala el investigador. Esta difusión consiste en que los receptores se insertan en la membrana de la neurona fuera de la sinapsis y se transportan “rodando” sobre ella, un proceso mucho más rápido y efectivo a la hora de controlar la cantidad de receptores que se encuentran dentro de una sinapsis, y por tanto la eficiencia de la comunicación neuronal.

¿Por qué es importante conocer cómo se mueven los receptores? Si se obstaculiza este mecanismo de entrada de los receptores en la sinapsis, la comunicación entre las neuronas se ve alterada. “Estamos comenzando a descubrir un nuevo escenario muchos más dinámico, con un mecanismo aún por explorar que influye en la comunicación entre neuronas y que probablemente afecta a la memoria y la atención. De hecho, recientemente se ha demostrado que durante el proceso de almacenamiento de información en las neuronas, la difusión de otro tipo de receptor, el de glutamato, está afectada”, resume Gómez Varela.

Y es que, cuando se desarrollan los instrumentos de observación y con ellos la capacidad de descubrir nuevas “piezas” implicadas en el funcionamiento de las neuronas, nacen nuevos universos para la investigación y se multiplican las posibilidades de comprender. Es el planteamiento que ha guiado la dirección profesional de David Gómez Varela: tras haberse doctorado en el Departamento de Bioquímica de la Universidad de Oviedo, bajo la batuta de Francisco Barros y Pilar de la Peña; y de trabajar con Luis Ángel Pardo en el Departamento de Señalización Neuronal del Instituto Max Planck dirigido por Walter Stühmer, recibió una ayuda del PCTI del Principado para continuar su trabajo de investigación en la sección de Neurobiología de la Universidad de California, San Diego, donde trabaja actualmente.

Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC).

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Una fuente inagotable de células humanas para estimular la regeneración nerviosa

Publicado por Jordi Guzman en 21 diciembre 2009


Investigadores del Centro de Biología Molecular “Severo Ochoa” (CBMSO), centro mixto perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y a la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), han obtenido líneas celulares de glía envolvente humana reversiblemente inmortalizadas que son capaces de estimular la regeneración nerviosa.

El sistema nervioso central no es capaz de regenerarse tras una lesión. La glía envolvente olfatoria (GE) es un tipo celular con

Figura (A): Línea de GE humana inmortalizada (x400). Figura (B): Regeneración de neuronas de retina adulta sobre línea de GE humana inmortalizada (x200)

características propias que se encuentra en el sistema olfativo, donde se cree que favorece la regeneración nerviosa. Es por ello que este tipo glial ha despertado tanto interés durante los últimos tiempos. De hecho, numerosos estudios en modelos animales han demostrado que los transplantes de glia envolvente olfatoria favorecen la regeneración nerviosa y la reparación de las lesiones de la médula espinal.

El trabajo realizado por los científicos del CBMSO (CSIC-UAM), publicado en Glia, demuestra que es factible preparar de manera reproducible cultivos de GE humana a partir de los bulbos olfativos obtenidos de autopsias, y que las células obtenidas estimulen la regeneración de las neuronas adultas del sistema nervioso central.

Sin embargo, los cultivos preparados directamente a partir de tejidos tienen el problema de que no se pueden expandir indefinidamente. Por tanto obtener un número suficiente de células gliales para el tratamiento de las lesiones de la médula espinal podría ser limitante en algunos casos (lesiones de gran tamaño). Asimismo, el tratamiento temprano de las lesiones medulares requeriría el transplante inmediato de estas células.

Por estas razones este grupo ha inmortalizado las células de GE humana utilizando genes claves para el control de la proliferación celular, permitiendo su división indefinida en cultivo. El método empleado posibilita además la eliminación de dichos genes tras la expansión de las células (inmortalización reversible). El objeto es expandir las células tanto como sea necesario para después eliminar los genes que permiten dicha expansión antes de su transplante en la médula espinal, evitando los riesgos que conllevaría el uso de células que los portaran (por ejemplo la formación de tumores). Varias de las líneas obtenidas mantienen, antes y después de la eliminación de dichos genes, una capacidad regenerativa equivalente a la de la GE original no inmortalizada. Además las células se pudieron seguir hasta un mes después de su implante en un modelo animal de lesión de la médula espinal (xenotransplante de células humanas en ratas).

El trabajo del laboratorio de NeuroRegeneración del CBMSO es una prueba de que es posible generar bancos de líneas de GE homogéneas y bien caracterizadas para su capacidad neuro-regenerativa. Estas células, de inmediata disponibilidad, podrían ser usadas en aquellos pacientes en los que pudiera ser inviable un autotransplante con sus propias células de GE (obtenidas a partir de la mucosa olfativa). Esto podría darse en una variedad de casos: por la imposibilidad de obtener números suficientes de células propias por factores como la edad y la variabilidad individual de la respuesta celular en cultivo, o por la existencia de lesiones de gran calibre.

Se eliminaría, por tanto, la incertidumbre que conlleva la preparación de cultivos directamente a partir de los tejidos de los pacientes y el tiempo que ello acarrea (alrededor de un mes). También se posibilitaría en el futuro el tratamiento temprano de las lesiones medulares, momentos en que las células de la GE podrían ejercer al máximo sus efectos beneficiosos, aprovechando su capacidad para proteger al tejido del daño que se produce en las horas siguientes a la lesión para, a tiempos más largos, mediar regeneración de las vías nerviosas en las mejores condiciones posibles.

Estos estudios han sido previamente patentados a nivel internacional y dicha patente esta licenciada a la empresa Noscira S.A.
Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC).

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Descubren un nuevo mecanismo empleado por las neuronas para propiciar el aprendizaje y la memoria

Publicado por Jordi Guzman en 14 diciembre 2009


Las neuronas se comunican entre sí mediante la sinapsis, una compleja estructura donde se producen un conjunto de sucesos eléctricos y químicos. El intercambio de información no siempre es igual ya que ciertas conexiones sinápticas experimentan modificaciones como consecuencia de una actividad o experiencia previa vivida por las neuronas. Este fenómeno, conocido como plasticidad sináptica, se ha propuesto en múltiples estudios como el sustrato celular del aprendizaje y la memoria del ser humano. Una investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) aporta nuevos datos para defender esta hipótesis.

En concreto, los investigadores han descubierto un mecanismo empleado por las neuronas para regular la transmisión sináptica en

Muestra de la complejidad del patrón de conexiones entre neuronas (las señales verdes, rojas y amarillas de la foto indican distinta composición molecular de las sinapsis)./ CSIC

el cerebro. El trabajo, que aparece publicado en la revista Nature Neuroscience, también podría tener implicaciones en el estudio de patologías cognitivas, como la enfermedad de Alzheimer o ciertas formas de retraso mental.

La investigación ha sido dirigida por el investigador del CSIC José A. Esteban, del Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (centro mixto del CSIC y la Universidad Autónoma de Madrid), en colaboración con investigadores de la Universidad de Michigan (EEUU).

Esteban contextualiza la investigación: “Desde hace aproximadamente tres décadas, se sabe que las conexiones sinápticas entre neuronas no son estáticas, sino que responden a la actividad neuronal modificando su intensidad. Así, estímulos del exterior pueden provocar que algunas sinapsis se potencien, mientras otras se debilitan. Este código de bajadas y subidas de intensidad es, precisamente, lo que permite al cerebro almacenar información durante el aprendizaje y la memoria”.

En este contexto, las conclusiones del trabajo revelan que la ruta de señalización intracelular de PI3K es crucial para el mantenimiento de la potencia sináptica y para su modificación durante periodos de plasticidad.

Más información sobre Alzheimer y otras enfermedades cognitivas

La ruta de señalización PI3K es una vieja conocida de la comunidad científica, ya que ha sido asociada a la enfermedad de Alzheimer. “Este trabajo propone un mecanismo concreto por el que la alteración de la ruta PI3K podría dar lugar a un funcionamiento defectuoso de las sinapsis, con el consiguiente deterioro cognitivo”, comenta el investigador del CSIC.

Esteban matiza: “Todavía es muy pronto para determinar si esta nueva información nos permitiría manipular y quizá corregir estos mecanismos sinápticos defectuosos, presentes no sólo en el Alzheimer sino en otras patologías cognitivas. En cualquier caso, este tipo de estudios de ciencia básica contribuye a diseccionar las bases moleculares y celulares que controlan nuestras funciones cognitivas y nos orientan acerca de posibles vías de intervención terapéutica”.

Además de su conexión con patologías como el Alzheimer, PI3K tiene otro papel conocido por la comunidad científica en procesos de crecimiento y división celular. De hecho, la hiperactividad de esta ruta conduce al crecimiento celular descontrolado y propicia la aparición de tumores.

Kristin L Arendt, María Royo, Mónica Fernández-Monreal, Shira Knafo, Cortney N Petrok, Jeffrey R Martens y José A Esteban PIP3 controls synaptic function by maintaining AMPA receptor clustering at the postsynaptic membrane Nature Neuroscience doi:10.1038/nn.2462

Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC), de una nota de prensa del CSIC (PDF).

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El cerebro fija los recuerdos mientras duerme

Publicado por Jordi Guzman en 20 noviembre 2009


Los sonidos pueden introducirse en el sueño profundo y hacer que los recuerdos asociados sean más claros al despertar. Así lo indica un nuevo estudio, realizado por investigadores de la Universidad de Northwestern (EE UU) y publicada esta semana en Science, que muestra cómo la mente no se desconecta mientra duerme, sino que utiliza ese tiempo para la fijación de recuerdos.

Las personas podrían procesar mientras duermen cualquier cosa que haya sucedido durante el día.

“Aunque los participantes no eran conscientes de los sonidos mientras dormían, dichos sonidos empleados durante la cabezada eran recordatorios del aprendizaje espacial temprano”, explica John Rudoy, autor principal del estudio e investigador en la Northwestern. Es más, “al despertar, las pruebas de memoria mostraron que los recuerdos espaciales habían cambiado”.

Los participantes eran más precisos arrastrando un objeto hasta la ubicación correcta en una pantalla de ordenador en el caso de las 25 imágenes cuyos correspondientes sonidos se habían empleado durante el sueño (como una explosión amortiguada para una fotografía de dinamita) que en el de otros 25 objetos emparejados.

Lo más revelante de esta investigación, publicada en el último número de la revista Science, es que ha demostrado que los sonidos pueden introducirse en el sueño profundo y usarse para orientar la búsqueda de información específica, estimulando la fijación de los recuerdos de las personas en una u otra dirección.

“Mientras están dormidas, las personas podrían procesar cualquier cosa que haya sucedido durante el día”, apunta Ken Paller, otro de los autores del estudio. “Nosotros elegimos los recuerdos que activarían los voluntarios, orientándoles para que buscasen algunas de las ubicaciones que habían aprendido una hora antes. El sueño profundo es realmente un tiempo clave para el procesamiento de los recuerdos”.

Antes de dar sus cabezadas, a los 12 participantes en el estudio se les enseñó a relacionar cada una de las 50 imágenes con una ubicación aleatoria en una pantalla de ordenador. Cada objeto, como una copa de vino hecha añicos, se emparejaba con su correspondiente sonido, como el del cristal al romperse, emitido por un altavoz.

Las ubicaciones se aprendían repitiendo los ensayos hasta que los participantes eran lo bastante buenos colocando todos los objetos en los lugares asignados.

Aproximadamente 45 minutos después, cada participante se echaba en una habitación silenciosa y oscura. Los electrodos unidos a su cuero cabelludo medían su actividad cerebral, e indicaban cuándo estaban dormidos. Los sonidos se emitían durante el sueño sin despertar a nadie.

Cuando se les preguntaba después, ninguno de los participantes pensaba que se hubiesen escuchado sonidos durante las cabezadas. Sin embargo, las pruebas de memoria mostraban que la colocación de los objetos era más precisa en el caso de aquellos estimulados por los sonidos relacionados durante el sueño que en el de quienes no habían recibido dicho estímulo.

Este experimento deja la puerta abierta a muchas preguntas. “¿Obtendrían mejores resultados los estudiantes en los exámenes si el estudio del día fuese acompañado de sonidos para el sueño? ¿Podría un bebé aprender un primer idioma más deprisa si recibiese estímulos durante las siestas o la noche?”, se cuestiona Paller, quien insiste en que “aún queda mucho por hacer para determinar si los resultados de la nueva investigación pueden trasladarse a estos y otros contextos”.

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Referencia bibliográfica:
John Rudoy, Ken Paller, Joel L. Voss y Carmen E. Westerberg. “Strengthening Individual Memories by Reactivating Them During Sleep”. Science, 20 de noviembre de 2009.

Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC)

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Oliver Sacks: ¿Qué revelan las alucinaciones sobre nuestras mentes?

Publicado por Jordi Guzman en 11 octubre 2009


Soy un fan de Oliver Sacks desde que hace más de veinte años cayó en mis manos su libro El hombre que confundió a su mujer con un sombrero el cual leí con creciente asombro e interés. Ahora gracias a los Ted Talk podemos ver y oír una charla suya sobre sus experiencias con pacientes que padecen el Síndrome de Charles Bonnet, una enfermedad en donde se producen alucinaciones visuales muy nítidas. Para activar los subtítulos en castellano en la pestaña “View subtitles“.

Vía Fogonazos

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Mano a mano

Publicado por Jordi Guzman en 17 septiembre 2009


Los trasplantes de manos podrían hacer que los pacientes cambiasen de zurdos a diestros o viceversa. Dos hombres que habían perdido las dos manos en accidentes laborales recibieron trasplantes después de esperar entre tres y cuatro años. A pesar de tan larga espera y de que el cerebro suele reasignar las áreas vinculadas al control del miembro amputado a otros músculos, los investigadores del Centro

Manos trasplantadas retuerzen cables, pero el diestro quizá se convierta en zurdo.

Manos trasplantadas retuerzen cables, pero el diestro quizá se convierta en zurdo.

de Neurología Cognitiva de Lion encontraron que el cerebro de los pacientes pudo conectarse a las nuevas manos, las cuales consiguieron realizar tareas complejas (en una prueba, uno de los pacientes reparó cables eléctricos). Aunque ambos pacientes eran diestros, su mano izquierda consiguió conectarse al cerebro al menos un año antes que la derecha, con lo que se convirtieron en zurdos. La causa de este cambio no está clara.  Es posible que la superioridad previa de la mano derecha hubiera reducido la flexibilidad de las regiones correspondientes del cerebro, dificultando las nuevas conexiones, o quizá las operaciones quirúrgicas se realizaron de forma ligeramente diferente.

Artículo publicado en Investigación y Ciencia nº 396, su autor es Charles Q. Choi.

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El cerebro humano podría llegar a replicarse en 10 años

Publicado por Jordi Guzman en 7 septiembre 2009


Investigadores del Instituto de la Mente y el Cerebro de Suiza trabajan en un modelo que replicaría las funciones del cerebro humano en un plazo de 10 años. Los expertos sostienen que la tecnología actual ya permite copiar y reproducir la estructura de este órgano rápidamente. Una de sus posibles aplicaciones se centra en el tratamiento de las enfermedades cerebrales.

“La aparente complejidad de la mente humana no es impedimento para construir una réplica de un cerebro”, afirma Henry Markram, científico líder de la investigación del Instituto de la Mente y el Cerebro de Suiza. “Estoy absolutamente convencido de que es

La actividad en el neocortex del cerebro esta controlada por inhibidores neuronales que previenen la epilepsia. Foto: Blue Brain Project; Universidad Politécnica Federal de Lausanne (Suiza).

La actividad en el neocortex del cerebro esta controlada por inhibidores neuronales que previenen la epilepsia. Foto: Blue Brain Project; Universidad Politécnica Federal de Lausanne (Suiza).

técnica y biológicamente posible. La tecnología actual ya es enormemente sofisticada y nos permite copiar y reproducir la estructura del cerebro rápidamente”.

El cerebro es un órgano muy complejo que contiene billones de sinapsis, miles de millones de neuronas, millones de proteínas y miles de genes. Uno de los obstáculos en el camino hacia un modelo de cerebro humano es que, tras más de 100 años de investigaciones, nunca se ha explotado por completo el conocimiento que tenemos hasta el momento del órgano.

“El mayor reto es comprender cómo los patrones electromagnetoquímicos del cerebro se convierten en nuestra percepción de la realidad. Pensamos que vemos con los ojos pero, en realidad, la mayoría de lo que ‘vemos’ es una proyección generada por el cerebro. Así que ¿qué es lo que realmente estamos mirando cuando miramos algo que está ‘fuera’ de nosotros?”, explica Markram.

Durante los últimos 15 años el grupo de investigación suizo recopiló cientos de miles de pedacitos de datos para observar qué aspecto tiene un microcircuito del cerebro. “Cuando lo encendimos por primera vez, ya empezó a mostrar propiedades interesantes. Ahora sabemos que es posible construirlo. A medida que avanzamos, aprendemos cosas sobre los secretos del diseño de nuestro cerebro que antes eran inimaginables”.

De hecho, el cerebro emplea algunas reglas sencillas para resolver problemas enormemente complejos. “Por ejemplo, nos ha sorprendido encontrar unos sencillos principios de diseño que permiten que miles de millones de neuronas se conecten entre ellas. Creo que comprenderemos cómo funciona y está diseñado el cerebro antes de que terminemos de construirlo”, apunta Markram.

Las oportunidades que brinda este reto son inmensas. Tal y como indica el investigador, “A medida que la revolución industrial de la ciencia avance, generaremos más datos de los que cualquiera pueda rastrear o de los que cualquier ordenador pueda almacenar, así que la aparición de modelos que sean capaces de absorber todo eso es sencillamente inevitable”.

Otra de las posibles aplicaciones de estos modelos se centra en el tratamiento de las enfermedades cerebrales, que hoy en día afectan a unos 2.000 millones de personas en todo el mundo. “En la actualidad, no hay ninguna enfermedad cerebral en la que realmente comprendamos qué es lo que ha fallado en el procesamiento, los circuitos, las neuronas o las sinapsis. Con estos modelos podremos investigar el cerebro sin realizar millones de experimentos con animales cada año”, concluye Markram.

Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC)

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Sincronización del parpadeo

Publicado por Jordi Guzman en 5 agosto 2009


¿Preocupado por perderte algo de la acción de una película mientras parpadeas? Pierde cuidado, parece ser que subconscientemente sincronizamos el parpadeo para que no ocurra en alguna parte interesante de la película.

El flujo de información que llega al cerebro a través de los ojos se interrumpe durante 450 milisegundos con cada parpadeo eso, según

Ejemplo de parpadeo a cámara lenta. Wikipedia

Ejemplo de parpadeo a cámara lenta. Wikipedia

dice Tamani Nakano de la Universidad de Tokio, representa 6 segundos de información por cada minuto. Esto significa que en una película de 150 minutos tenemos los ojos cerrados durante nada menos que 15 minutos.

Nakano y sus colegas han  investigado como hacemos frente a esta pérdida de información. Han investigado los patrones de parpadeo en voluntarios que visualizaron una comedia muda con una fuerte narrativa, una película de un acuario sin narrativa u oyendo un audio libro sin ningún tipo de imágenes.

Resulta que los parpadeos de los voluntarios en la comedia con una narrativa sincronizaban sus parpadeos (entre un 23 y un 31 por ciento) mientras que en la del acuario o el audio libro no había ningún tipo de sincronización.

“Es el primer estudio que demuestra que los parpadeos se coordinan perfectamente mientras se visiona una película”, dice Nakano.

Además los parpadeos ocurren durante puntos “no críticos” de la narración – al acabar una secuencia o cuando el protagonista desaparece de la pantalla –,  “Todos  encontramos el momento preciso de parpadear mientras miramos el video”, concluye Nakano.

Es evidente que aún faltan más estudios en este sentido, pero no deja de ser curiosa esta sincronización – inevitable y común – de nuestros parpadeos.

Artículo publicado en New Scientist.

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Sobre la aparición de la cooperación

Publicado por Jordi Guzman en 16 julio 2009


La evolución puede explicar la aparición de ciertos comportamientos cooperativos que otros mecanismos no consiguen explicar.

El ser humano es un ser social. Cada uno de nosotros cooperamos con los demás y este hecho es el que cooperacionprobablemente nos ha dado ventaja sobre otras especies más individualistas. Pero, ¿cómo surgió este comportamiento?
Un estudio de científicos de University of Leicester explica cómo surgió la cooperación, no sólo en nuestro caso, sino en una amplia gama de especies. La conclusión es que la cooperación tiene una base biológica evolutiva y que en última instancia guía nuestras acciones al respecto. Además han conseguido simular la aparición de este comportamiento usando un modelo computacional y unas leyes genéticas básicas.
Andrew Colman y Lindsay Browning han sido los que han llevado a cabo el estudio (se publica en el número de septiembre de Evolutionary Ecology Research) que ayudará a explicar la aparición por evolución de la cooperación.
Según dice Colman en los grupos humanos las tareas están usualmente planeadas y coordinadas con la ayuda del lenguaje. Así por ejemplo, la gente que vive junta frecuentemente se pone de acuerdo en lavar los platos después de las comidas o en llevar a los niños al colegio. Pero este comportamiento ha surgido también en otras especies que no tienen capacidad de lenguaje que les permita negociar el acuerdo. Esto incluye a los monos, aves y antílopes que se acicalan entre sí, o a los pingüinos antárticos que mientras uno va a por comida el otro miembro de la pareja incuba los huevos. Es obvio que este tipo de comportamientos evolucionaron sin la necesidad de un lenguaje de comunicación y que fue la selección natural la que lo hizo surgir en beneficio del propio interés de la especie y de los individuos.
Los investigadores explican que el “toma y daca” (una estrategia de la teoría de juegos en la que cada participante realiza la misma acción que su contrincante en la ronda anterior) puede explicar la cooperación sincronizada, pero no puede explicar completamente los comportamientos anteriormente descritos de cooperación por turnos. Si, por ejemplo, un depredador caza en pareja o en grupos más grandes se necesita que se dé la cooperación sincronizada. Se ha demostrado que el “toma y daca” funciona muy bien inicializando y manteniendo este tipo de cooperación.
Pero en el caso de los pingüinos el instinto del “toma y daca” sólo podría mantener un patrón una vez establecido, pero no iniciarlo al comienzo, pues ambos no podrían estar buscando comida mientras huevos dejan de ser incubados. Por tanto la estrategia de “toma y daca” no es suficiente en los casos de cooperación por turnos.
Usando la teoría de juegos evolutiva en simulaciones computacionales estos investigadores descubrieron que una simple variación del “toma y daca” puede explicar los comportamientos cooperativos, y que pueden aparecer por evolución cuando los individuos buscan su propio interés de manera “robótica”.
Este comportamiento de cooperación por turnos aparece en las simulaciones solamente después de que al menos dos poblaciones genéticamente diferentes se comporten de manera diferente al principio y de forma descoordinada con los demás. Justo cuando un par tiene la oportunidad, por casualidad, de cooperar entonces entra en funcionamiento el “toma y daca”. Esto los mantiene en una cooperación que les proporciona beneficio mutuo de manera indefinida. Sin la diversidad genética inicial la cooperación por turnos no puede aparecer.
Los individuos en estas simulaciones, además de ser puramente robóticos, son puramente egoístas. Sin embargo, al final terminan en una coordinación perfecta.
Este resultado confirma, según los autores del estudio, que la cooperación no siempre requiere benevolencia o planificación deliberada. Esta forma de cooperación está guiada por una mano invisible, tal y como está presente en la teoría de la evolución de Darwin.

Fuentes y referencias:
Andrew M. Colman & Lindsay Browning. Evolution of cooperative turn-taking. Evolutionary Ecology Research, 2009.
Nota de prensa.
Foto cabecera por valilouve vía Flickr.

Artículo publicado en NeoFronteras.

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Los creacionistas declaran la guerra en el cerebro

Publicado por Jordi Guzman en 23 octubre 2008


“No se puede sobreestimar”, tronaba el psiquiatra Jeffrey Schwartz, “cómo de amenazada está la clase dirigente científica por el hecho de que ahora parece que el paradigma materialista está auténticamente colapsando. Vais a oír mucho en las próximas fechas sobre… cómo la explicación de Darwin sobre cómo surge la inteligencia humana es la única forma científica de hacerlo… Yo pido que como comunidad mundial salgamos ahí fuera a decirle a los dirigentes científicos, ¡ya es suficiente! El materialismo tiene que empezar a apagarse y las causas no materialistas tienen que comprenderse como parte de la realidad natural”.

Su entusiasmo fue seguido de una gran cantidad de aplausos de la audiencia reunida en el salón de conferencias Este de Manhattan de las Naciones Unidas el 11 de septiembre en un simposio internacional llamado Beyond the Mind-Body Problem: New Paradigms in the Science of Consciousness (Más allá del problema mente-cuerpo: Nuevos paradigmas en la ciencia de la consciencia). Anteriormente Mario Beauregard, investigador de neurociencia en la Universidad de Montreal, Canadá, y coautor de The Spiritual Brain: A neuroscientist’s case for the existence of the soul (El cerebro espiritual: El argumento de un neurocientífico por la existencia del alma), dijo a la audiencia que la “batalla” entre los científicos “inconformistas” como él mismo y aquellos que “creen que mente es lo que hace el cerebro” es una “guerra cultural”.

Schwartz y Beauregard son parte de un creciente movimiento de “neurociencia no material”. Intenta resucitar el dualismo Cartesiano – la idea de que cerebro y mente son dos tipos de cosas totalmente distintas, material e inmaterial – en la esperanza de que tendrán un hueco en la ciencia para las fuerzas sobrenaturales y el alma. Los dos han firmado la petición de “Disidencia científica del Darwinismo”, encabezada por el Instituto del Descubrimiento con sede en Seattle, cuartel general del movimiento del diseño inteligente. El DI argumenta que la vida biológica es demasiado compleja para que haya surgido a través de la evolución.

En agosto, el Instituto del Descubrimiento llevó a cabo su “Reunión informativa para miembros sobre el diseño inteligente” de 2008, a la cual Schwartz y Michael Egnor, neurocirujano de la Universidad de Stony Brook en Nueva York, fueron invitados a hablar. Cuando dos de los cinco ponentes principales en la reunión de DI son neurocientíficos, algo está cambiando. ¿Podría ser que el siguiente campo de batalla de la guerra científica del movimiento del DI esté en el cerebro?

Bien, el movimiento ciertamente parece esperar que el estudio de la consciencia resulte ser la “tumba del Darwinismo”, como Denyse O’Leary, coautora junto con Beauregard de The Spiritual Brain (El cerebro espiritual), dice. De acuerdo con dos defensores del DI, el “verdadero problema” de la consciencia – cómo nuestras experiencias subjetivas surgen del mundo objetivo de las neuronas – es el talón de Aquiles no sólo del Darwinismo sino del materialismo científico. Esto encaja con la misión del Instituto del Descubrimiento como subraya en su “documento cuña”, el cual busca “nada menos que derrocar el materialismo y su legado cultural “, para reemplazar la visión del mundo científico por una cristiana.

Ahora el instituto está patrocinando la investigación en “neurociencia no material”. Uno de los receptores de dinero es Angus Menuge, profesor de filosofía en la Universidad de Concordia en Wisconsin, una facultad cristiana, que testificó a favor de enseñar el DI en institutos públicos en la “vista de la evolución” de 2005 en Kansas. Usando una beca del Instituto del Descubrimiento, Menuge escribió Agents Under Fire (Agentes bajo el fuego), en el cual argumentaba que las capacidades cognitivas humanas “requerían de alguna explicación no natural”.

En junio, James Porter Moreland, profesor de la Escuela Talbot de Teología cerca de Los Ángeles y miembro del Instituto del Descubrimiento, avivó las llamas con Consciousness and the Existence of God (Consciencia y la existencia de Dios) . “He estado pensando mucho sobre la consciencia”, escribe, “y cómo podría contribuir a las pruebas de la existencia de Dios a la luz de los fallos del naturalismo metafísico de proporcionar una explicación útil”. La neurociencia no materialista le proporciona una explicación útil: dado que Dios “es” la consciencia, “el teísta no necesita explicar cómo la consciencia surge a partir de lo material. La consciencia está allí desde el inicio”.

Para apoyar adecuadamente el dualismo, sin embargo, los neurocientíficos no materialistas deben demostrar que la mente es algo más que sólo el material cerebral. Para hacer esto, miran hacia algunos de sus experimentos favoritos, tales como la investigación de Schwartz en la década de 1990 sobre gente que sufría un desorden obsesivo-compulsivo. Schwartz usó tecnología de escáner para observar los patrones neuronales que se cree que son responsables del DOC. Entonces tuvo paciencias que usaron su “atención consciente” para cambiar los procesos de pensamiento, y esto se mostró en los escaneos cerebrales: los pacientes podrían alterar sus patrones de disparo neuronal a voluntad.

A partir de tales experimentos, Schwartz y otros argumentan que dado que la mente puede cambiar el cerebro, la mente debe ser algo aparte del cerebro, algo no material. El hecho es que estos experimentos son totalmente consistentes con la neurología establecida – el material cerebral cambia el material cerebral.

Pero William Dembski, uno de los padres fundadores del DI y miembro veterano del Instituto del Descubrimiento, elogió el trabajo de Schwartz por proporcionar “un soprote teórico para la irreductibilidad de la mente al cerebro”. El sitio web de Dembski demuestra que actualmente está coeditando The End of Materialism (El final del materialismo) junto a Schwartz y Beauregard.

Mientras tanto, Schwartz ha estado trabajando junto a Henry Stapp, físico en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de los Estados Unidos, que también habló en el simposio. Han estado desarrollando unas interpretaciones no estándar de la mecánica cuántica para explicar cómo la “mente no material” afecta al cerebro físico.

Claramente, aunque hay un intento genuino de apropiarse de la neurociencia, no influirá en las leyes educativas de los Estados Unidos de la forma que pueden hacerlo las campañas anti-evolutivas, dado que la neurociencia no se enseña como parte del núcleo curricular en las escuelas públicas. Pero como Andy Clark, profesor de lógica y metafísica en la Universidad de Edimburgo, en el Reino Unido, enfatiza: “Esto es realmente peligroso y viene a nuestro encuentro”.

Tanto él como otros están preocupados por el hecho de que los científicos aún tienen que descifrar el gran misterio de cómo la consciencia podría surgir a partir del disparo neuronal. “el progreso en la ciencia es lento en muchos frentes”, dice John Searle, filósofo de la Universidad de California en Berkeley. “Aún no tenemos una cura para el cáncer, pero eso no significa que el cáncer tenga una causa espiritual”.

Y para Patricia Churchland, filósofo de la neurociencia en la Universidad de California en San Diego, “es un argumento de ignorancia. El hecho de que algo no esté actualmente explicado no significa que nunca se explicará o que necesitemos un completo cambio no sólo de la neurociencia sino de nuestra física”.

El ataque al materialismo propone hacer justo eso, todo gira en torno a las definiciones. “En una época parecía que toda la causa física estaba tirando y empujando del Newtonismo”, dice Owen Flanagan, profesor de filosofía y neurobiología en la Universidad de Duke en Carolina del Norte. “Ahora tenemos una nueva comprensión de la física. Lo que cuenta como material ha cambiado. Algunos respetables filósofos creen que podríamos tener que proponer la sensibilidad como una fuerza fundamental de la naturaleza o usar la gravedad cuántica para comprender la consciencia. Esto se extiende más allá de los límites de lo que hoy llamamos “material”, y aún no hemos descubierto todo sobre la naturaleza. Pero lo que descubramos será natural, no sobrenatural”.

Y, tal como observa Clark: “Este es un virus mental especialmente serio debido a que se asienta sobre ideas y preocupaciones que de otro modo sería razonables. Los defensores de tales puntos potencialmente razonables hacen declaraciones como ‘Oh mira, podemos cambiar nuestros cerebros simplemente cambiando nuestras mentes’, pero entonces dan el salto a la afirmación de que la mente debe ser algo distinto y sin base material. Eso no se sigue en absoluto. No hay nada extraño en que nuestras mentes cambien los cerebros si los estados mentales son estados cerebrales: simplemente son cerebros modificando cerebros”.

Esta es la voz de la academia establecida. La percepción pública, no obstante, es una historia distinta. Si la gente puede verse influida por el DI, a pesar de la enorme cantidad de pruebas sólidas para la evolución, ¿cómo de difícil será cuando la ciencia parezca más difusa?

¿Qué pueden hacer los científicos? Han sido criticados por no hacer lo suficiente por enseñar al público sobre la evolución. Tal vez ahora necesiten un empujón preventivo para enganchar a la gente con la ciencia del cerebro – y ayudar al público a apreciar que el cerebro no es un lugar para invocar al “Dios de los huecos”.

Articulo traducido y posteado en Ciencia Kanija, el original se publicó en NewScientist y su autora es Amanda Gefter.

Publicado en Biología, Ciencia, Evolución, Física, Neurología, Psicología, Religión | 5 Comentarios »

El sentido de la aventura es primitivo

Publicado por Jordi Guzman en 2 julio 2008


Identifican una región clave del cerebro que nos anima a ser aventureros, y que está localizada en un área primitiva del cerebro.

¿Le gustan los deportes de riesgo? ¿Ha descendido en kayak por el río Colorado o realizado un safari por África? ¿Va frecuentemente a restaurantes que sirvan comida exótica? Cuando va al supermercado y ve un producto nuevo, ¿lo echa al carrito? Quizás ahora mismo lee estas líneas desde la selva de Borneo vía satélite. Si la respuestas es afirmativa probablemente le guste la aventura, la novedad.
Ahora un grupo de científicos de Wellcome Trust ha conseguido identificar una región clave del cerebro que nos anima a ser aventureros. La región, localizada en un área primitiva del cerebro se activa cuando elegimos una opción no familiar, sugiriendo que se tiene una ventaja evolutiva si se tiende a explorar lo desconocido. Este descubrimiento podría explicar además por qué al cambiarse el aspecto de un mismo producto familiar se anima a que lo escojamos de las estanterías del supermercado.
En el experimento llevado a cabo en el Wellcome Trust Centre for Neuroimaging en University College London. En él a unos voluntarios se les mostró una selección de tarjetas con imágenes con los que se familiarizaban. Cada tarjeta tenía asociada además una probabilidad de recompensa única y durante el experimento los voluntarios eran capaces de optimizar sus elecciones para conseguir la máxima recompensa. Sin embargo, cuando se introdujeron tarjetas con imágenes no familiares los investigadores encontraron que los voluntarios eran más propensos a arriesgarse a tomar una nueva decisión que continuar con las opciones familiares y seguras.
Con un aparato de imagen por resonancia magnética funcional pudieron además ver la actividad cerebral de los voluntarios. Bianca Wittmann y sus colaboradores se dieron cuenta que cuando los sujetos elegían una tarjeta no familiar había una mayor actividad en el estriado ventral. Esta región cerebral es una de las más primitivas desde el punto de vista evolutivo, sugiriendo que este tipo de fenómenos debe de ser ventajoso evolutivamente y que probablemente lo tengan muchos otros animales.
Cuando tomamos una decisión o llevamos a cabo una acción que resulta ser beneficiosa entonces se obtiene una recompensa mediante la liberación de dopamina. Esta recompensa nos ayuda a aprender qué comportamientos son ventajosos o preferibles y merecen la pena ser repetidos. El estriado ventral es una de las regiones clave relacionadas con el procesado de recompensas en el cerebro. Aunque estos científicos no pueden decir con total seguridad a partir de las imágenes de resonancia magnética cómo la búsqueda de la novedad es recompensada, Wittmann cree que debe de ser a través de un proceso de liberación de dopamina.
Sin embargo, aunque la exploración de la novedad puede darnos ventajas al animarnos a encontrar decisiones más beneficiosas que las habituales, puede también hacernos susceptibles a la explotación.
Según Wittmann podemos tener preferencia por una determinada marca de chocolatinas, pero si utilizan otro envoltorio en el que ponga “nuevo sabor” o algo similar nos podemos ver tentados de desechar la elección habitual y elegir la nueva. Esto introduciría un peligroso sistema de vender “el mismo vino en una botella distinta”, algo de lo que los departamentos de marketing podrían aprovecharse (si no lo hacen ya).
Hay una parte aún más peligrosa. La búsqueda de la novedad podría también jugar un papel importante en la adicción al juego y a las drogas, disfunciones que están mediadas por un mal funcionamiento del circuito de liberación de dopamina.
Como siempre en esta vida no se puede tener todo lo bueno a la vez.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original (resumen).
Artículo original.

Articulo posteado en Neofronteras.

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