MADRID, 6 Ago. (EUROPA PRESS) -
Una nueva tecnología de la Universidad de Stanford (Estados Unidos) permite ver el movimiento de la actividad eléctrica que viaja por el cerebro a través de ondas cerebrales.
La tecnología, descrita en la revista 'Cell', utiliza dos instrumentos ópticos ultrasensibles que pueden detectar señales de proteínas genéticamente modificadas, conocidas como "indicadores de voltaje", revelando la actividad de las ondas cerebrales neuronales en ratones.
Si bien se limita a animales de investigación, este avance ya ha demostrado su potencial. Utilizando estos instrumentos, los investigadores descubrieron tres nuevos tipos de ondas cerebrales que se mueven de formas nunca antes observadas.
"Estamos obteniendo una visión muy amplia de las ondas que se propagan por el cerebro", comenta Mark J. Schnitzer, autor principal y profesor de biología y física aplicada en la Facultad de Humanidades y Ciencias de Stanford. "Podemos observar múltiples áreas cerebrales a la vez y ver las ondas cerebrales que recorren la corteza, la capa más externa del tejido nervioso cerebral, con especificidad de tipo celular".
A diferencia de los electrodos, que utilizan electricidad para detectar puntos individuales de actividad cerebral, los instrumentos desarrollados por el equipo de Schnitzer emplean la óptica, una tecnología basada en la luz, para visualizar las ondas cerebrales a medida que viajan en tiempo real. También pueden enfocarse en ondas asociadas a uno o dos tipos específicos de neuronas.
Los científicos han estado tratando de comprender las ondas cerebrales desde que fueron identificadas por primera vez en humanos hace más de un siglo por el médico alemán Hans Berger, quien utilizó electrodos en una versión temprana de un EEG (electroencefalografía).
Los investigadores ahora saben que las anomalías en estas ondas se asocian con diferentes tipos de enfermedades, como el párkinson, el alzhéimer, la epilepsia y la esquizofrenia. Ha sido difícil discernir qué tipo de neurona impulsa cada tipo de onda.
Este último desarrollo podría ayudar a resolver este problema. Es el resultado de más de una década de trabajo en técnicas ópticas llamadas TEMPO, descritas por primera vez en un artículo de 2016 por un equipo que incluye a Schnitzer, quien también es profesor de neurocirugía en la Facultad de Medicina de Stanford, y Michael Z. Lin, profesor de neurobiología y bioingeniería en la misma Facultad. Lin también es coautor del estudio actual.
En este estudio, los investigadores demostraron el uso de dos nuevos instrumentos TEMPO que se complementan entre sí: un sensor de fibra óptica que es diez veces más sensible que las versiones anteriores y puede rastrear la actividad eléctrica en los cerebros de los ratones mientras realizan sus actividades normales; y un mesoscopio óptico que puede proporcionar una imagen del cerebro de 8 mm de ancho y mostrar la actividad neuronal en la mayor parte del neocórtex del ratón, la capa del cerebro responsable de funciones de alto nivel como la percepción y la cognición.
Con esta tecnología, los investigadores pudieron ver varias ondas nunca antes registradas, incluidos dos tipos de ondas beta (ondas de mayor frecuencia asociadas con la actividad mental de alerta) que viajan en ángulos rectos entre sí. También descubrieron una onda theta (una onda de menor frecuencia asociada con el procesamiento de la memoria) que viajaba no sólo en una dirección, como se sabía anteriormente, sino también hacia atrás.
Si bien aún no se sabe qué podría indicar esta nueva onda direccional, una teoría es que la onda theta podría estar "retropropagándose", de forma similar a un mecanismo de aprendizaje utilizado por los modelos de inteligencia artificial.
"Parece que el cerebro tiene un reloj interno que sincroniza la actividad neuronal, pero estas ondas viajeras también podrían reorganizar activamente los circuitos neuronales a grandes distancias, más allá de las conexiones locales", desarrolla el coautor principal Radoslaw Chrapkiewicz, director de ingeniería del laboratorio de Schnitzer. "Esto podría desempeñar un papel importante en futuros modelos de IA de inspiración biológica".
Es necesario realizar más investigaciones para comprender las implicaciones de estos hallazgos, pero la nueva tecnología probablemente abrirá muchos caminos para la neurociencia, así como para el desarrollo de la inteligencia artificial.
"Existen muchas aplicaciones muy importantes en el campo de la neurociencia para comprender la patología y las diferentes dinámicas cerebrales", deja como idea final el científico investigador Simon Haziza, autor principal del estudio. "Apenas estamos arañando la superficie".
