Los científicos han desarrollado un nuevo dispositivo que podría revolucionar nuestra comprensión del cerebro al permitir a los investigadores mapear la actividad de redes neuronales complejas que controlan el comportamiento y la toma de decisiones, de una manera nunca antes posible. Las sondas de Neuropixels se describen en un artículo publicadohoy en Naturaleza .
Los neuropixels, pequeñas sondas de silicio más delgadas que un cabello humano, pueden registrar simultáneamente la actividad de cientos de neuronas en múltiples regiones cerebrales diferentes en ratones y ratas. Las tecnologías existentes solo pueden proporcionar datos detallados en áreas muy pequeñas del cerebro, lo que limitanuestra comprensión de cómo las respuestas en diferentes partes del cerebro se coordinan para realizar comportamientos complejos. Las nuevas sondas permitirán a los científicos comprender el cerebro a un nivel de detalle y en una escala que anteriormente parecía imposible.
Este nuevo enfoque puede eventualmente permitir a los investigadores comprender cómo los trastornos como la depresión o el Alzheimer pueden alterar los circuitos neuronales en nuestro cerebro y podrían conducir a nuevas formas de tratar estas enfermedades.
En 2018, los neuropixels estarán disponibles a precio de costo para los neurocientíficos de todo el mundo. Actualmente hay alrededor de 400 prototipos en pruebas en centros de investigación líderes en todo el mundo. Los neurocientíficos líderes ya los están utilizando en su trabajo para descubrir cómo las complejas redes de células cerebrales apoyannuestra capacidad de aprender y tomar decisiones.
Se cree que el cerebro humano es el objeto más complejo del universo, con más de 70 mil millones de neuronas que controlan cómo pensamos, sentimos y nos comportamos. Para desentrañar esta complejidad, los científicos necesitan medir miles de neuronas individuales en todo el cerebro, al mismo tiempo.
Los dispositivos de grabación actuales dependen de electrodos de alambre que limitan el número que se puede colocar simultáneamente en el cerebro; normalmente no tienen más que unas pocas docenas de sensores. Las nuevas sondas de silicio tienen 960 sitios de grabación distribuidos en grandes partes del cerebro,permitiendo a los investigadores registrar más neuronas simultáneamente en un solo experimento que nunca.
Los pequeños electrodos súper sensibles en las sondas de Neuropixels pueden registrar la actividad de cientos de neuronas individuales de múltiples regiones del cerebro, en tiempo real. Esto les dará a los científicos una imagen mucho más clara de cómo las diferentes partes del cerebro trabajan juntas para procesar la informaciónPodría ayudar a los investigadores a comprender mejor cómo se toman las decisiones y cómo se regula la emoción.
Los neurocientíficos usan el cerebro del ratón y la rata como modelos para el cerebro humano, ya que gran parte de la estructura y la conectividad que existe en el cerebro humano también existe en los roedores, a menor escala.
Las sondas fueron desarrolladas por un equipo internacional financiado por $ 5.5 millones del Instituto Médico Howard Hughes HHMI, el Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro, la Fundación Caritativa Gatsby y Wellcome. Científicos en el Campus de Investigación Janelia del HHMI, el Instituto Allen y la UniversidadCollege London UCL trabajó junto con ingenieros de la empresa de nanotecnología imec para construir y probar las sondas.
Las sondas Neuropixels tienen 10 mm de largo aproximadamente del mismo tamaño que un ratón o cerebro de rata de 70x20 μm de ancho, con 100 sitios de grabación por mm. La sonda transforma automáticamente las señales eléctricas que detecta en datos digitales listos para el análisis computacional. Investigadores de la UCLhan desarrollado nuevos métodos de análisis de datos para transformar esos datos en información significativa sobre la actividad de las células cerebrales individuales.
Timothy Harris, miembro principal del Campus de Investigación Janelia de HHMI y líder de la colaboración de Neuropixels, dijo: "Cada acción y decisión que tomas involucra las interacciones de millones de neuronas diseminadas por tu cerebro. Esta nueva tecnología nos permite detectar la actividad de grandes númerosde neuronas de múltiples regiones del cerebro con mucha menos dificultad. Creo que serán transformadoras y acelerarán en gran medida el ritmo de la investigación en neurociencia "
Matteo Carandini, investigador de Wellcome y neurocientífico de la UCL, dijo: "Para comprender el cerebro, necesitamos entender cómo funcionan muchas neuronas diseminadas por todo el cerebro. Hasta hace poco, era posible medir la actividad de neuronas individuales dentro de unpunto específico en el cerebro o para revelar patrones regionales más grandes de actividad, pero no para hacer las dos cosas al mismo tiempo. Estas sondas cambian el juego. Si las coloca adecuadamente, realmente puede estudiar cómo funcionan las diferentes partes del cerebrojuntos a nivel neuronal "
Andrew Welchman, Jefe de Neurociencia y Salud Mental de Wellcome, dijo: "Este es un paso significativo en el camino para comprender cómo funciona el cerebro. La historia de la informática muestra cómo los pequeños circuitos de silicio pueden revolucionar la forma en que abordamos los problemas difíciles.analogía básica, estas sondas nos trasladan de la era de los televisores pequeños en blanco y negro a pantallas planas grandes y de alta resolución. Las sondas de neuropixel cambiarán lo que sabemos e incluso cómo pensamos sobre el cerebro. Todavía tenemos un largo caminopara descubrir los misterios del cerebro, pero esta nueva tecnología es un desarrollo importante "
en el Naturaleza artículo, los investigadores describen cómo funcionan los Neuropixels. Explican cómo usaron dos sondas de Neuropixels para registrar simultáneamente más de 700 neuronas individuales bien aisladas de cinco estructuras cerebrales en un ratón. Los investigadores también han demostrado que las sondas pueden usarse enExperimentos de larga duración con animales que se mueven libremente, en experimentos con ratones que duran hasta 150 días. Los experimentos a largo plazo permiten a los investigadores estudiar los cambios en el cerebro resultantes del desarrollo, la experiencia y el aprendizaje, así como los efectos de los procesos neurodegenerativos en la enfermedad.
Los científicos del consorcio presentarán los datos recopilados usando sondas prototipo de neuropixels en la Reunión Anual de la Society for Neuroscience en Washington, DC, del 11 al 15 de noviembre de 2017.
Neuropixels en acción Estudio de caso
Investigadores del Laboratorio Internacional del Cerebro han estado trabajando con las sondas prototipo de Neuropixels y ayudando a guiar su desarrollo.
El International Brain Lab reúne a grupos del Reino Unido, Estados Unidos, Francia, Suiza y Portugal para descubrir cómo las complejas redes de células cerebrales apoyan nuestra capacidad de aprender y tomar decisiones. Los diferentes grupos están trabajando juntos para comprender colectivamente un solo comportamiento en ratones, un enfoque novedoso que permitirá una mayor comprensión de lo que cualquier laboratorio podría lograr solo.
Usarán sondas de Neuropixels para estudiar muchas áreas diferentes en el cerebro de un ratón, ya que busca comida. Al agrupar datos de múltiples laboratorios, pueden realizar mediciones en todas las áreas del cerebro a nivel celular: registrando simultáneamente la actividadde 1,000 neuronas en ratones que realizan exactamente la misma tarea. Los laboratorios luego comparten sus datos en tiempo real, lo que les permite ver exactamente lo que sucede en las neuronas distribuidas por todo el cerebro.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Wellcome Trust . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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