lunes, 16 de marzo de 2015

Capturando el cerebro completo de un pez cebra a nivel neuronal


Un equipo de investigadores ha logrado el reto de registrar la actividad del 80% de las neuronas del cerebro de la larva de un pez cebra de forma simultánea. Esto abre el camino para entender el cerebro en su totalidad. El estudio coincide con el lanzamiento del Brain Activity Map, la multimillonaria iniciativa de la administración estadounidense de conocer el cerebro en 10 años.




Somos capaces de registrar la actividad de una neurona individual desde hace décadas. Para ello introducimos un electrodo en su interior y observamos cuando se dispara la neurona. Ello es esencial para conocer el ingrediente básico de la cognición: la célula, la neurona.

Pero el cerebro es la actividad de miles o millones de neuronas. La actividad coordinada. De modo que si queremos entender cómo funciona el cerebro, necesitamos registrar la actividad de todas sus neuronas. Obviamente no podemos introducir un electrodo en cada una de ellas de modo que se nos escapa por completo la actividad de conjunto, que es esencial. Un método usado para paliar este problema es la resonancia funcional magnética fMRI que nos da una idea del conjunto, pero que no tiene la resolución necesaria para captar neuronas individuales y además es un método indirecto y lento.
La optogenética es una técnica que está llamada a cambiar este panorama. Modificamos genéticamente una o más neuronas de modo que o bien se excitan con la luz (cuando reciben un pulso de laser y así las controlamos) o bien emiten luz cuando se excitan (y así las observamos).


En el presente estudio se han modificado genéticamente las neuronas de un pez cebra de modo que emiten luz fluorescente cuando se excitan. El pez cebra es un animal muy usado en experimentación. Es un pez de agua dulce y conocemos muchas cosas de él. Su larva es transparente de modo que podemos registrar la luz emitida por sus neuronas modificadas genéticamente.
El resultado es una captura del 80% de sus neuronas cada 1,3 segundos. Algunas neuronas están en áreas más inaccesibles y no pueden registrarse. Además se ha usado un nuevo tipo de microscopio. El resultado grabado tiene un tamaño superior al terabyte.
Para hacer más futurista el experimento, se ha usado realidad virtual. La larva está inmóvil en un pequeño tubo e interactúa con un mundo virtual de modo que modifica su conducta motora de acuerdo con la realidad virtual que se le proyecta.
Por primera vez se puede ver la actividad coordinada de todo el cerebro de un vertebrado y se observa por ejemplo como el cerebro se ilumina en algunos momentos en que todas las neuronas se activan de forma síncrona.
El pez cebra es un animal de unas 100.000 neuronas. El desafío de trabajar con otros animales es enorme. El cerebro de un ratón es mucho mayor, no es transparente y tiene cráneo. El del hombre es aún mucho más complejo con 85.000.000.000 neuronas.
Este experimento coincide con el lanzamiento de la iniciativa más ambiciosa de conocimiento del cerebro. Estados Unidos está a punto de lanzar el Brain Activity Map (que compite con el europeo Human Brain Project). Una de sus ambiciones es "registrar cada disparo neuronal de cada neurona en un circuito".
Registrar cada neurona en un pez cebra es un enorme avance que nos acerca al objetivo de registrar cada neurona en un cerebro humano.

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