Por primera vez, los investigadores han desarrollado un microscopio capaz de observar y manipular la actividad neuronal en el cerebro de animales vivos a escala de una sola célula con una precisión de milisegundos. Al permitir que los científicos controlen directamente el disparo de un individuoneuronas dentro de circuitos cerebrales complejos, el dispositivo podría finalmente revolucionar la forma en que se realiza la neurociencia y conducir a nuevas ideas sobre el funcionamiento saludable del cerebro y los trastornos neurológicos.
"Con este nuevo microscopio, creemos que pronto podremos tratar el cerebro como el teclado de un piano, por así decirlo, y escribir en una secuencia de actividad necesaria para comprender o corregir la función cerebral", dijo HillelAdesnik, Ph.D., profesor asistente de neurobiología en la Universidad de California, Berkeley, quien dirigió el equipo de investigación. "Después de más refinamientos, este instrumento podría funcionar como una especie de Rosetta Stone para ayudarnos a descifrar el código neuronal"
Adesnik presentará esta investigación en la reunión anual de la Asociación Americana de Anatomistas durante biología experimental 2016.
Para procesar entradas, almacenar información y emitir comandos, las neuronas del cerebro se comunican entre sí a través de señales eléctricas de encendido y apagado similares a las que se usan para codificar información en la programación de computadoras. Aunque los científicos han sido capaces de observar estas señales durante mucho tiempovarias técnicas de imagen, sin comprender la "sintaxis" de cómo ese código digital se traduce en información, el sistema de comunicación del cerebro ha sido esencialmente indescifrable.
"Si quieres aprender un idioma, necesitas un diccionario, y si quieres entender cómo funciona una máquina, necesitas saber sus partes", dijo Adesnik. "Queríamos desarrollar una tecnología que pueda ofrecer una visión generalenfoque para comprender la sintaxis básica de las señales neuronales, de modo que podamos comenzar a comprender lo que está haciendo un circuito cerebral determinado y tal vez lo que salió mal en el caso de una enfermedad ".
La mejor manera de aprender esa sintaxis, dijo Adesnik, es no solo leer la información, sino realmente escribirla haciendo pequeños ajustes en el código, ingresando el nuevo código en el cerebro y viendo cómo altera una percepción oEl nuevo microscopio, que el equipo de Adesnik desarrolló combinando y construyendo sobre varias tecnologías existentes desarrolladas por otros investigadores, es el primero en ser capaz de manejar y transmitir información a una escala espacial y temporal que es realmente relevante para manipular la actividad cerebral.
"El cerebro es una enorme colección de células individuales, y las células una al lado de la otra podrían estar haciendo cosas completamente diferentes", dijo Adesnik. "La resolución de nuestra técnica es clave, porque si no estás mirando una solapodría estar codificando su código, por así decirlo, y no podrá interpretarlo correctamente. Al superar los últimos obstáculos tecnológicos para llegar a esa resolución de celda única, y al mismo tiempo llegar a la escala temporal que las celdasoperamos en, hemos desarrollado un prototipo de microscopio que logra el nivel de detalle necesario para comprender realmente el código neuronal ".
La herramienta que han ideado es esencialmente un microscopio que apunta al cerebro de un ratón vivo, se enfoca en unos pocos miles de células y utiliza láseres sofisticados para manipular señales eléctricas entre neuronas individuales.
Dado que los láseres pueden penetrar el tejido cerebral pero no el cráneo, el equipo de investigación implantó pequeñas ventanas de vidrio en los cráneos de los ratones utilizados para probar el instrumento. Cuando se coloca encima de la ventana, el microscopio utiliza dos tipos diferentes de láseres infrarrojos de alta potenciapara crear un patrón holográfico tridimensional en un área específica de interés dentro del cerebro. Debido a que la investigación se realiza en ratones genéticamente modificados para tener neuronas que responden a la luz, una técnica llamada optogenética, el holograma induce a las neuronas a enviar electricidadseñales en un patrón específico predeterminado por los investigadores.
"Estamos adaptando la tecnología de visualización holográfica, la optogenética y la biología sensorial y el comportamiento en un sistema completo que permite un enfoque totalmente óptico para la imagen y manipular el sistema nervioso", dijo Adesnik. "Esencialmente hemos puesto un montón de disparidadpiezas existentes juntas para lograr algo que nadie había logrado todavía "
Hasta ahora, el equipo ha realizado pruebas preliminares del instrumento mediante el mapeo de los efectos de pequeñas perturbaciones, como mover un bigote y luego crear hologramas que inducen a las neuronas a disparar en los mismos patrones, o ligeramente diferentes.En una serie de pruebas que todavía están en curso, están trabajando con ratones entrenados para empujar una palanca específica cuando ven una determinada forma para desarrollar hologramas que "engañan" al ratón para que vea, por ejemplo, un círculo donde no existe ninguno.o hacer que el ratón perciba un cuadrado como un círculo. En el futuro cercano, el equipo espera aplicar el microscopio a los estudios de formación de memoria.
Una vez que se pruebe y refine más, es probable que las aplicaciones más inmediatas para el microscopio sean en investigación básica, pero Adesnik dijo que es concebible que su tecnología central algún día pueda adaptarse para uso terapéutico, por ejemplo, para corregir neurologíaproblemas en una forma de cirugía cerebral de alta tecnología. Sin embargo, tal aplicación aún está muy lejos, y aplicar el dispositivo en seres humanos requeriría superar un conjunto completamente nuevo de desafíos tecnológicos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Federación de Sociedades Americanas de Biología Experimental FASEB . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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