Este artículo se publica en colaboración con Futurity.
Los investigadores han construido sondas neuronales que albergan lo que podrían ser los LED implantables más pequeños jamás fabricados.
Estas nuevas sondas pueden controlar y registrar la actividad de muchas neuronas individuales, midiendo cómo los cambios en la actividad de una sola neurona pueden afectar a sus vecinas.
El equipo, que ha probado las sondas en ratones, prevé que los experimentos con sondas basadas en su diseño podrían llevar a avances en la comprensión y el tratamiento de enfermedades neurológicas como el Alzheimer.
“Este es un gran paso adelante”, afirma Kensall Wise, profesor emérito de la Universidad de Míchigan, que participó en la investigación. “El hecho de que se puedan generar estas señales ópticas en la sonda, en un cerebro vivo, abre nuevas puertas.”
Una red de unos 100 000 millones de neuronas alimenta el cerebro humano, y descifrar cómo trabajan juntas es una tarea monumental e importante, afirman los investigadores.
“Cientos de millones de personas sufren enfermedades neurológicas, pero los tratamientos y los fármacos son actualmente muy limitados porque el conocimiento científico sobre el cerebro es insuficiente”, afirma Fan Wu, investigador posdoctoral en ingeniería eléctrica e informática y coautor principal de un nuevo artículo sobre estos hallazgos, publicado en Neuron.
“Hemos desarrollado una herramienta necesaria para comprender mejor cómo funciona el cerebro —y por qué no funciona— para intentar resolver estos problemas.”
Sondas del tamaño de las neuronas
En roedores modificados genéticamente, las neuronas pueden encenderse y apagarse con luz. Normalmente, los neurocientíficos que usan esta técnica de «optogenética» iluminan una región del cerebro a través de fibras ópticas implantadas y registran la respuesta con un segundo dispositivo. Esto ayuda a revelar qué regiones del cerebro son responsables de qué comportamientos. Pero no puede revelar cómo se comunican entre sí las neuronas.
Las nuevas sondas sí pueden. Cada conjunto de sondas contiene 12 LED y 32 electrodos. Los microLED tienen el tamaño del cuerpo celular de una neurona, por lo que pueden encender y apagar neuronas individuales. Mientras tanto, los microelectrodos miden la actividad a nivel de neurona individual, registrando cómo un cambio en el comportamiento de una neurona afecta a la red circundante.
“Ahora podemos saber cómo reacciona un grupo de células, tanto adyacentes como más alejadas, a la activación de una sola célula”, afirma Wu. “Esto nos ayudará a comprender mejor cómo se comunican entre sí estas células.”
En busca de recuerdos
Mientras que las sondas se fabricaron en la Universidad de Míchigan, los experimentos para demostrarlas tuvieron lugar en la Universidad de Nueva York, en el laboratorio de György Buzsáki, un referente de la neurociencia experimental. Eran Stark, actualmente profesor adjunto de neurociencia en la Universidad de Tel Aviv, las utilizó para medir cómo pasan las señales por el cerebro de los ratones. Se centró en el área del cerebro responsable de la memoria a corto y largo plazo.
[LA SONDA «TOMA NOTAS» MIENTRAS LA LUZ EXCITA LAS NEURONAS]
“Con las sondas de microLED podemos desentrañar cómo se propagan las señales dentro del circuito neuronal, para comprender cómo se forman, recuperan y reemplazan los recuerdos”, afirma Euisik Yoon, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Míchigan y líder del proyecto.
El experimento de prueba de concepto reveló que las neuronas superficiales y profundas del hipocampo producen distintos tipos de ondas cerebrales cuando se estimulan. Los experimentos futuros explorarán cómo se relacionan estas ondas con la memoria.
Los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Nacional de Ciencias financiaron el trabajo.
La publicación no implica el respaldo de los puntos de vista por parte del Foro Económico Mundial.
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Autora: Catharine June trabaja en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Míchigan y escribe para Futurity.
Imagen: Una mujer pasa junto a una exhibición de una lámina de cerebro del paciente «H.M.» durante la presentación para la prensa de la exposición MIT 150 en el MIT Museum. REUTERS/Brian Snyder.
