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Observar el Cálculo de las Neuronas

By febrero 7th, 2020No Comments4 min read
Nuevos métodos podrían ayudar a los investigadores a observar el cálculo de las neuronas

El cálculo de las Neuronas

Nuevos métodos podrían ayudar a los investigadores a observar

El cálculo de las Neuronas: Al menos desde la década de 1950, los investigadores han especulado que el cerebro es una especie de computadora en la que las neuronas forman circuitos complejos que realizan innumerables cálculos cada segundo. 

Décadas más tarde, los neurocientíficos saben que existen estos circuitos cerebrales, sin embargo, las limitaciones técnicas han mantenido la mayoría de los detalles de sus cálculos fuera del alcance.

Ahora, los neurocientíficos informaron el 12 de diciembre en Cell, que finalmente podrían revelar qué circuitos profundos están haciendo el cerebro, en gran parte gracias a una molécula que se ilumina más brillante que nunca en respuesta a los sutiles cambios eléctricos que usan las neuronas para realizar sus cálculos

El cálculo de las Neuronas: Actualmente, una de las mejores formas de rastrear la actividad eléctrica de las neuronas es con moléculas

Las moléculas que se iluminan en presencia de iones de calcio, un proxy para un pico neuronal, el momento en que una neurona pasa una señal eléctrica a otra. Pero el calcio fluye muy lentamente para captar todos los detalles de un pico neuronal, y no responde en absoluto a los sutiles cambios eléctricos que conducen a un pico.

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(Una alternativa es implantar electrodos, pero esos implantes finalmente dañan las neuronas, y no es práctico colocar electrodos en más de un puñado de neuronas a la vez en animales vivos).

Para resolver estos problemas, los investigadores dirigidos por Michael Lin, profesor asociado de neurobiología y de la bioingeniería y miembro del Instituto de Neurociencias Wu Tsai, y Stéphane Dieudonné, un director de investigación del INSERM en la Escuela Normal Superior de París, se centraron en las moléculas fluorescentes cuyo brillo responde directamente a los cambios de voltaje en las neuronas, una idea en la que Lin y su equipo habían estado trabajando durante años.

Aún así, esas moléculas tenían un problema propio

Su brillo no siempre ha sido tan sensible al voltaje, por lo que Lin y su equipo en Stanford recurrieron a un método bien conocido en biología llamado electroporación.

En esa técnica, los investigadores usan sondas eléctricas para eliminar agujeros en las membranas celulares, con el efecto secundario de que su voltaje cae rápidamente a cero como una batería perforada.

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Al eliminar una biblioteca de moléculas candidatas, Lin y sus colegas pudieron seleccionar aquellas cuyo brillo respondía mejor al cambio de voltaje. La molécula resultante, llamada ASAP3, es el indicador de voltaje más sensible hasta la fecha, dijo Lin.

Dieudonné y su laboratorio se centraron en otro problema: cómo escanear las neuronas profundas del cerebro de manera más eficiente. Para hacer que las moléculas fluorescentes como ASAP3 se iluminen profundamente en el cerebro, los investigadores a menudo usan una técnica llamada imagen de dos fotones, que emplea rayos láser infrarrojos que pueden penetrar a través del tejido. Luego, para escanear múltiples neuronas lo suficientemente rápido como para ver un pico, que en sí mismo dura solo una milésima de segundo, los investigadores deben mover el punto láser rápidamente de una neurona a otra, algo difícil de hacer de manera confiable al mover animales.

Dieudonné y sus colegas encontraron que la solución era un nuevo algoritmo llamado excitación de volumen local ultrarrápido, o ULoVE, en el que un láser escanea rápidamente varios puntos en el volumen alrededor de una neurona, todo a la vez.

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«Tales estrategias, donde cada pulso láser se forma y se envía al volumen correcto dentro del tejido, constituyen el uso óptimo de la potencia de la luz y, con suerte, nos permitirán registrar y estimular millones de ubicaciones en el cerebro cada segundo», dijo Dieudonné.

Al unir esas técnicas, los investigadores demostraron en ratones que podían rastrear detalles finos de la actividad cerebral en gran parte de la corteza del ratón, las capas superiores del cerebro que controlan el movimiento, la toma de decisiones y otras funciones cognitivas superiores.

«Ahora puedes ver las neuronas en los cerebros de ratones vivos con una precisión muy alta, y puedes rastrear eso durante largos períodos de tiempo», dijo Lin. Entre otras cosas, eso abre la puerta al estudio no solo de cómo las neuronas procesan las señales de otras neuronas y cómo deciden, por así decirlo, cuándo aumentar, sino también cómo cambian los cálculos de las neuronas con el tiempo.

Mientras tanto, Lin y sus colegas se centran en mejorar aún más sus métodos. «ASAP3 es muy útil ahora, pero estamos seguros de que habrá ASAP4 y ASAP5».

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