Un equipo de investigación dirigido por Lam Woo, Profesor de Ingeniería Biomédica Ed X. Wu, del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad de Hong Kong, ha logrado un gran avance al descubrir los misterios del cerebro para revelar las funciones de una región importante,hipocampo, no conocido por los científicos antes.
Los hallazgos han sido publicados recientemente en la revista académica internacional Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América PNAS en agosto de 2017
El hipocampo, ubicado debajo de la corteza, juega un papel importante en la memoria y la navegación. Se ha demostrado que la enfermedad de Alzheimer y otras formas de demencia han afectado y dañado esta área del cerebro, lo que resulta en síntomas tempranos que incluyen pérdida de memoria a corto plazo ydesorientación. Las personas con daño en el hipocampo pueden perder la capacidad de formar y retener nuevos recuerdos. También está estrechamente relacionado con otras enfermedades como la epilepsia, la esquizofrenia, la amnesia global transitoria y el trastorno de estrés postraumático.
Sin embargo, los científicos no comprenden bien el papel del hipocampo en las redes cerebrales complejas, particularmente su influencia en la conectividad funcional de todo el cerebro. La conectividad funcional se refiere a la integración funcional entre regiones cerebrales separadas espacialmente.
Los experimentos con roedores realizados por el Dr. Russell W. Chan, el Dr. Alex TL Leong y otros, dirigidos por el Profesor Wu, revelaron que las actividades de baja frecuencia en el hipocampo pueden impulsar la conectividad funcional de todo el cerebro en la corteza cerebral y mejorar las respuestas sensoriales.la corteza cerebral es la región más grande del cerebro de los mamíferos y desempeña un papel clave en la memoria, la atención, la percepción, la cognición, la conciencia, el pensamiento, el lenguaje y la conciencia. En otras palabras, las actividades de baja frecuencia del hipocampo pueden impulsar la integración funcional entrediferentes regiones de la corteza cerebral y mejoran la capacidad de respuesta de la visión, el oído y el tacto. Estos resultados indican que el hipocampo puede considerarse como el corazón del cerebro, un avance en nuestro conocimiento de cómo funciona el cerebro.
Además, estos resultados también sugieren que las actividades de baja frecuencia en el hipocampo pueden mejorar el aprendizaje y la memoria, ya que las actividades de baja frecuencia generalmente ocurren durante el sueño de onda lenta que se ha asociado con el aprendizaje y la memoria. Sueño de onda lenta, a menudo denominadoEl sueño profundo es un estado en el que generalmente ingresamos varias veces cada noche y es necesario para la supervivencia. La enfermedad de Alzheimer es una enfermedad neurodegenerativa crónica que generalmente comienza lentamente y empeora con el tiempo, y el síntoma temprano más común es la pérdida de memoria. Estos resultados también puedentienen implicaciones terapéuticas potenciales de la neuromodulación del hipocampo en la enfermedad de Alzheimer.
Estos hallazgos actuales son un paso importante para avanzar en nuestra comprensión fundamental de los orígenes y roles de la conectividad funcional en todo el cerebro. Estos hallazgos también significan el potencial de la rsfMRI y la neuromodulación para el diagnóstico temprano y el tratamiento mejorado de enfermedades cerebrales, incluida la enfermedad de Alzheimer, la demencia, epilepsia, esquizofrenia, amnesia global transitoria y trastorno de estrés postraumático.
El equipo del profesor Wu es uno de los principales equipos del mundo en investigación de resonancia magnética funcional fMRI, particularmente en la investigación de funciones auditivas y visuales, y conectividad funcional y estructural del cerebro. Las tecnologías pioneras que emplean incluyen el uso de la activación de optogenética, inactivación farmacológica y fMRI para servir como una herramienta importante para investigar la dinámica subyacente a la propagación de la actividad cerebral, así como los orígenes y roles de la conectividad funcional del cerebro.
Su revelación anterior de que el tálamo, otra región que se conecta a la corteza cerebral, no es solo un relé o una región cerebral pasiva como se pensó inicialmente, sino que puede iniciar interacciones neuronales en todo el cerebro a diferentes frecuencias, se publicó en la edición de diciembre de 2016 de PNAS .
El cerebro humano es la fuente de nuestros pensamientos, emociones, percepciones, acciones y recuerdos. Sin embargo, la forma en que funciona realmente el cerebro sigue siendo desconocida. Un gran desafío para la neurociencia en el siglo XXI es lograr una comprensión integrada deinteracciones a gran escala en todo el cerebro, en particular los patrones de actividades neuronales que dan lugar a funciones y comportamientos. En 2010, el Instituto Nacional de Salud NIH en los Estados Unidos lanzó el Proyecto Human Connectome que tiene como objetivo "proporcionar una compilación incomparable dedatos neuronales, una interfaz para navegar gráficamente estos datos y la oportunidad de alcanzar conclusiones nunca antes realizadas sobre el cerebro humano vivo ". En 2013, la administración Obama en los Estados Unidos lanzó la Iniciativa BRAIN para" acelerar el desarrollo y la aplicación de nuevas tecnologías quepermitirá a los investigadores producir imágenes dinámicas del cerebro que muestren cómo las células cerebrales individuales y los complejos circuitos neuronales interactúan a la velocidad de t"En noviembre de 2016, China lanzó su propia iniciativa" China Brain Project ", que tiene como objetivo avanzar en la investigación básica sobre los mecanismos del circuito neuronal subyacentes a la cognición con la esperanza de mejorar el diagnóstico / intervención de enfermedades cerebrales e inspirar el desarrollo de la tecnología de inteligencia cerebro-máquina.
principales hallazgos de la investigación
Basado en el conocimiento actual, uno espera que el hipocampo genere predominantemente actividades de alta frecuencia y estas actividades se limitan en gran medida dentro del hipocampo. Sin embargo, en este estudio, la excitación optogenética de baja frecuencia del giro dentado dorsal, una subregión del hipocampoevocó actividades corticales y subcorticales que están más allá del hipocampo. Además, esta estimulación de baja frecuencia mejoró la conectividad funcional en todo el cerebro en el hipocampo bilateral, la corteza visual, la corteza auditiva y la corteza somatosensorial. Mientras tanto, la inactivación farmacológica del hipocampo disminuyó en todo el cerebroconectividad funcional. Además, las respuestas visualmente evocadas en las regiones visuales también aumentaron durante y después de la estimulación del hipocampo de baja frecuencia. Juntos, estos resultados experimentales resaltan el papel de la actividad de baja frecuencia que se propaga a lo largo de la vía cortical hipocampal, particularmente su contribución al cerebro-la conectividad funcional y mejoradaelemento de funciones sensoriales.
El cerebro humano solo representa el 2% del peso corporal total, sin embargo, consume aproximadamente el 20% de la demanda de energía total del cuerpo. A pesar de su importancia, es uno de los órganos menos entendidos del cuerpo. Los hallazgos del equipo de investigación tienenavanzó nuestra comprensión fundamental de los orígenes y roles de la conectividad funcional en todo el cerebro.
Imágenes de resonancia magnética funcional optogenética y farmacológica
La técnica integrada emergente adoptada por el equipo del profesor Wu consiste en optogenética, neuromodulación farmacológica y resonancia magnética funcional fMRI. La optogenética es un método de neuromodulación que utiliza una combinación de técnicas de óptica y genética para controlar las actividades de las neuronas individuales en la vida.tejidos. La neuromodulación farmacológica utiliza fármacos para manipular las actividades de las neuronas. fMRI es una técnica de imagen no invasiva de gran tamaño para detectar activaciones en todo el cerebro. Los investigadores pueden utilizar fMRI para visualizar la actividad de todo el cerebro en respuesta a diferentes estímulos optogenéticos y farmacológicos.manipulaciones. La combinación sinérgica de las tres tecnologías tiene un enorme potencial para provocar una nueva era de investigación interdisciplinaria para avanzar en nuestra comprensión del cerebro.
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Materiales proporcionado por La Universidad de Hong Kong . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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