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Más de 900.000 euros para impulsar el estudio del cerebro

De ellos, la Fundación Tatiana Pérez de Guzmán el Bueno destinará 282.000 euros a becas predoctorales en Neurociencia

De generoso y estimulante calificó la doctora Carmen Cavada el apoyo económico de 943.000 euros a la Neurociencia española por parte de la Fundación Tatiana Pérez de Guzmán el Bueno. Este dinero se repartirá entre becas predoctorales, proyectos de investigación, actividades de divulgación y el patrocinio de la Cátedra UAM-Fundación Tatiana Perez de Neurociencia.

El pasado mes de marzo la Fundación anunció la creación de la Cátedra UAM-Fundación Tatiana Pérez de Guzmán el Bueno de docencia e investigación en Neurociencia. La cátedra, que dirige la doctora Cavada, tiene como objetivo principal la coordinación del Plan de Apoyo a la Neurociencia Española de la Fundación y elfomento de la docencia, la investigación y la difusión de los conocimientos en Neurociencia, especialmente en la comprensióndel sistema nervioso humano y de las enfermedades que lo afectan.

Para la puesta en marcha y seguimiento de su Plan de Apoyo a la Neurociencia Española, la Fundación cuenta con un comité científico formado por investigadores de gran prestigio: Joaquín Fuster, catedrático de Psiquiatría y Ciencias del Comportamiento de la Universidad de California en Los Ángeles; Jesús Flórez, catedrático de Farmacología de la Universidad de Cantabria y presidente de la Fundación Down 21; Luis Miguel García Segura, profesor de Investigación en el Instituto Cajal del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y José Serratosa, Jefe del Servicio de Neurología de la Fundación Jiménez Díaz de Madrid.

Previamente, en febrero de este año, la Fundación destinó 525.000 euros, distribuidos en tres años, a proyectos de investigación en Neurociencia. A la convocatoria se han presentado más de 200 solicitudes que están siendo actualmente examinadas por científicos independientes. Además, en la presentación de las ayudas que ha tenido lugar esta mañana, se ha anunciado la convocatoria nacional de becas para realizar tesis doctorales en el ámbito de la Neurociencia, a las que destinarán otros 282.000 euros.

Retos de la Neurociencia

El plan de apoyo a la Neurociencia prevé también la realización dereuniones científicas para favorecer el intercambio de conocimientos entre los neurocientíficos y contribuir a la formación de los jóvenes investigadores. La primera de estas reuniones tendrá lugarel próximo 6 de junio en la Real Academia Nacional de Medicina y en ella se presentará de forma oficial el Plan de Apoyo a la Neurociencia, promovido por la Fundación.

Este primer simposio analizará los “Retos de la Neurociencia en el siglo XXI”, y contará con la presencia de destacados investigadores que hablarán sobre la iniciativa Brain en EEUU (Álvaro Pascual-Leone) y el proyecto Cerebro Humano europeo (Javier de Felipe), el reto que presentan las dos patologías neurodegenerativas más prevalentes (alzhéimer y párkinson) y la discapacidad intelectual.

La Neurociencia tiene gran futuro en este momento y esta ayuda se alinea con las iniciativas Cerebro Humano de Europa y Proyecto Brain de Estados Unidos, para darle un impulso nuevo a esta disciplina”, destaca Carmen Cavada. La catedrática resaltó también que esta iniciativa privada se inscribe en la tradición científica española que representa nuestro Nobel Santiago Ramón y Cajal, considerado el padre de la Neurociencia moderna, y que continúan los neurocientíficos españoles actuales, “muy activos y con gran reconocimiento internacional”.

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Recrean la actividad del cerebro de un gusano en una imagen en tres dimensiones |MIT

La técnica podría ayudar a los científicos a descubrir cómo las redes neuronales procesan la información sensorial y generan comportamientos


resizer

MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY (MIT) Han creado un sistema de imagen que revela la actividad neuronal en todo el cerebro de los animales vivos

http://www.abc.es/videos-ciencia/20140519/neuron-activity-3575158976001.html

Se trata de una técnica pionera, la primera primera mediante la cual se pueden generar imágenes en 3-D de los cerebros enteros de los animales en una escala de tiempo de milisegundos, y que podría ayudar a los científicos a descubrir cómo las redes neuronales procesan la información sensorial y generan comportamientos.

Lo han conseguido un grupo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y de la Universidad de Viena, que han creado un sistema de imagen que revela la actividad neuronal en todo el cerebro de los animales vivos.

El equipo utilizó el nuevo sistema de imagen para captar la actividad de cada neurona del gusano «Caenorhabditis elegans», así como la actividad de todo el cerebro de una larva de pez cebra, ofreciendo una imagen más completa de la actividad del sistema nervioso de lo que había sido posible hasta ahora.

según Ed Boyden, uno de los autores del trabajo, so se conoce la actividad de una sola neurona del cerebro «no se puede saber cómo se está computando la información, de este modo, se necesita saber qué están haciendo las neuronas ascendentes para entender lo que significa la actividad de una neurona determinada».

Esto quiere decir, según el científico, que «si usted quiere entender cómo la información se está integrando en las sensaciones y da paso a la acción, hay que ver todo el cerebro».

Con las nuevas posibilidades derivadas de este sistema en 3D el enfoque de esta investigación podría ayudar a los neurocientíficos a aprender más acerca de las bases biológicas de los trastornos cerebrales.

En la actualidad, según Boyden, no se sabe muy bien, en cualquier trastorno cerebral, el «conjunto exacto de las células que participan», por lo que «la capacidad para estudiar la actividad en todo el sistema nervioso puede ayudar a identificar las células o redes que están involucradas con un trastorno del cerebro, dando lugar a nuevas ideas para terapias».

¿Cómo codifican la información las neuronas?

Las neuronas codifican la información -datos sensoriales, planes motores, los estados emocionales y pensamientos- mediante impulsos eléctricos llamados «potenciales de acción», que provocan elderramamiento de iones de calcio en cada celda al dispararse. Dirigiendo proteínas fluorescentes que brillan cuando se unen al calcio, los científicos pueden visualizar este encendido electrónico de las neuronas.

Sin embargo, hasta ahora no ha habido forma de poner imagen a esta actividad neuronal en gran volumen, en tres dimensiones, y en alta velocidad. La exploración del cerebro con un rayo láser puede producir imágenes en 3D de la actividad neuronal, pero se necesita mucho tiempo para capturar una imagen, ya que cada punto debe ser escaneado individualmente.

El equipo del Instituto Tecnológico de Massachusetts quería lograr imágenes en 3D similares pero acelerar el proceso para que pudieran ver la descarga neuronal, que se produce en sólo unos milisegundos. El nuevo método se basa en una tecnología ampliamente utilizada conocida como imágenes de campo claro, que crea imágenes en 3D mediante la medición de los ángulos de los rayos entrantes de la luz.

Los microscopios que realizan imágenes del campo de luz han sido desarrollados anteriormente por varios grupos. En el nuevo estudio, los investigadores del MIT y austriacos optimizaron estos microscopios óptico de campo para lograr, por primera vez, obtener imágenes de actividad neuronal.

Con este tipo de microscopio, la luz emitida por la muestra que se va a examinar se envía a través de un conjunto de lentes que refracta la luz en diferentes direcciones. Cada punto de la muestra generaalrededor de 400 puntos de luz diferentes, que luego se pueden recombinar utilizando un algoritmo de computadora para recrear la estructura 3D.

Recrean la actividad del cerebro de un gusano en una imagen en tres dimensiones – ABC.es.

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Una terapia celular logra que ratones con esclerosis múltiples puedan moverse

Más de de 2,3 millones de personas padecen EM, una enfermedad en la que el sistema inmune ataca la mielina


 

UTAH UNIVERSITY La EM afecta la función nerviosa al dañar la mielina. Los ratones con MS no puede moverse (1); La terapia con células madre neurales humanas estimula las propias células del ratón para reparar la lesión (2); El tratamiento reataura la función nerviosa y los ratones podían andar y correr (3)

Un estudio realizado en ratones aporta nuevos datos sobre la terapia celular para el tratamiento de la esclerosis múltiple (EM). En el trabajo que se publica en «Stem Cell» se demuestra que la terapia celular con células medre neurales humanas logra que ratones discapacitados por una enfermedad similar a la EM volvieron a caminar dos semanas después del tratamiento.

La primera sorpresa que se llevaron los investigadores de la Universidad de Utah y de la de California-Irivine (EE.UU.) fue que los animales no rechazaron las células. Pero después vieron que estos animales, que tienen que se alimentados con la mano porque no pueden moverse para comer y beber por su cuenta, «empezaron a caminar», señala Tom Lane, autor del trabajo. En apenas 10-14 días los ratones habían recuperado sus habilidades motoras y seis meses más tarde no mostraron signos de desaceleración.

M, una capa de aislamiento que rodea las fibras nerviosas. El daño producido inhibe la transmisión de los impulsos nerviosos y causa una variedad de síntomas que incluyen dificultad para caminar, problemas de visión, fatiga y dolor.

Forma progresiva

La mayoría de los medicamentos aprobados se dirigen a las formas tempranas de la enfermedad con el fin de reducir los ataques del sistema inmunológico, aunque en los últimos años los científicos han centrado su atención en la búsqueda de maneras de detener o revertir la EM. Este descubrimiento podría ayudar a los pacientes con la forma progresiva de la enfermedad, para la que no hay tratamientos .

Loring cree que una de las claves del éxito de su trabajo es la forma en la que se cultivaron las células. El cambio en el protocolo de cultivo, señala, produjo un tipo de célula madre neural humana que resultó ser extremadamente potente.

Las células madre neurales humanas envían señales químicas que ordenan a las células del propio ratón que reparen los daños causados por la EM. Los investigadores especulan con la posibilidad de que, «en lugar de tener que injertar células madre en un paciente, un procedimiento complejo desde el punto de vista médico, podríamos ser capaces de desarrollar un medicamento». Ahora bien, los ensayos clínicos son un objetivo a largo plazo y los próximos pasos son evaluar la durabilidad y seguridad de la terapia con células madre en ratones.

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Primer mapa del cerebro humano en desarrrollo

Permitirá el estudio en detalle de enfermedades como el autismo y valida el uso de modelos animales en investigación

Uno de los retos más importantes de este siglo es el de entender el funcionamiento del cerebro humano, uno de los sistemas más complejos del universo. Un requisito indispensable para tratar un amplio abanico de enfermedades que abarca desde aquellas que se «gestan» en el seno materno, como la esquizofrenia o el autismo, hasta las que se manifiestan en las últimas etapas de la vida, como el párkinson o el alzhéimer.

La revista «Nature» publica esta semana dos trabajos que prometen un importante impulso en el conocimiento del cerebro y sus patologías. Ambos trabajos están ligados al Instituto Allen de Estudios Cerebrales, una entidad privada sin ánimo de lucro puesta en marcha por Paul G. Allen, cofundador de Microsoft, que está empeñado en desentrañar los misterios del cerebro.

Un equipo del Instituto Allen, liderado por Ed Lein ha generado un modelo de alta resolución del patrón de activación de los genes en el cerebro humano durante el desarrollo embrionario, concretamente en las semanas 15, 16 y 21 de gestación. «Conocer cuándo un gen se expresa en el cerebro puede dar pistas importantes acerca de su función», explica Ed Lein, investigador en el Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro.

Manual de instrucciones

«Este atlas ofrece una visión completa de qué genes están activos en un momento determinado, en una región concreta y en qué tipos de células, durante el desarrollo embrionario. Esto significa que tenemos un mapa del cerebro humano en desarrollo. Algo crucial para entender cómo se forma el cerebro de manera saludable y una poderosa herramienta para investigar que va mal en la enfermedad», explica Lein.

Lo que han conseguido los investigadores del Allen «es una especie de manual de instrucciones de cómo se va formando el cerebro, limitado a tres estadíos del desarrollo embrionario, aunque con datos de miles de genes», aclara Juan Lerma, director del Instituto de Neurociencias de Alicante CSIC-UMH. Esta es la primera vez que se obtiene un mapa de expresión génica de este tipo en humanos.

En especial, resaltan los autores, el trabajo puede aportar datos muy interesantes en patologías como el autismo, que se empiezan a gestar durante el desarrollo embrionario. «En patologías como el autismo o la esquizofrenia hay alteraciones muy sutiles en la arquitectura cerebral, debido a la expresión de distintos genes», explica Lerma.

Conocer dónde y cuándo se activan los distintos genes que intervienen en el desarrollo del cerebro es importante también a la hora de desarrollar posibles dianas terapuéticas, resalta Mara Dierssen, del Centro de Regulación Genómica de Barcelona y presidenta de laSociedad Española de Neurociencia, que destaca el enorme valor de este trabajo para la comunidad científica.

Tanto Dierssen como Lerma coinciden en resaltar la importancia de que los datos obtenidos se hayan puesto a disposición de todos los investigadores. «El alcance del proyecto y el nivel de detalle de los datos recogidos, ha podido lograrse gracias al enfoque altamente colaborativo e interdisciplinar de distintos proyectos del Instituto Allen. Y ahora los datos están a disposición pública. Toda la comunidad científica puede beneficiarse de nuestro esfuerzo para impulsar sus propias investigaciones en nuevas y emocionantes direcciones», subraya Allan Jones, director ejecutivo del Instituto Allen para el Estudio del Cerebro.

El mapa de expresión génica abre nuevas posibilidades ya que permitirá a los neurocientíficos «estudiar en patologías espontáneas o inducidas en el laboratorio cómo la alteración de determinados genes genera modificaciones en el desarrollo del cerebro».

Modelos animales

El trabajo valida además el controvertido uso de modelos de ratón para el estudio de las patologías humanas, ya que ha puesto de manifiesto que hay más similitudes que diferencias entre el cerebro de roedores y el humano. «Un trozo de corteza cerebral de ratón no se diferencia la del cerebro humano, como ya adelantó Cajal», explica Lerma.

Las diferencias más significativas halladas entre ratones y humanos se encuentra en la corteza prefrontal, «una zona que nos diferencia evolutivamente de otras especies», explica Dierssen, que advierte que «hay que tener en cuenta que la mayor parte del desarrollo de esta zona del cerebro tiene lugar después del nacimiento, y depende de la experiencia». Algo que habrá de tenerse en cuenta, apunta, a la hora de estudiar el desarrollo de las patologías: «a nivel prenaltal ya se producen cambios, pero también hay un componente postnatal tan importante o más que el que se produce durante el desarrollo embrionario». Por lo que cree dificil que pueda atribuirse con certeza una patología al desarrollo prenatal exclusivamente.

Mapa de carreteras

Un segundo trabajo del Instituto Allen ha logrado por primera vez establecer el mapa de las redes neuronales del cerebro compoleto de ratón. Hasta ahora se contaba con mapas parciales de conexiones entre distintas regiones del cerebro, pero este es el primer «conectoma» del cerebro completo de un mamífero. Desde hace un cuarto de siglo se dispone del conectoma del gusano C. elegans, que tiene sólo 302 neuronas. Sin embargo, el cerebro del ratón tiene 75 millones de neuronas, organizadas de forma similar a las del humano.

Ambos trabajos se han dado a conocer un año después de que Obama hiciera pública la iniciativa Brain. En esta segunda etapa se ha doblado el presupuesto inicial, que era de cien millones de dólares, para dotar a los neruocientíficos de herramientas capaces de desentrañar el funcionamiento del cerebro.

El gran reto: de las neuronas a la conducta

Una proteína verde fluorescente ha permitido trazar las conexiones del cerebro, algo así como el “mapa de carreteras”. “Todas estas conexiones estaban determinadas en el ratón e incluso en humanos. Pero lo que no estaba bien determinado era en qué cantidad estaban interconectados las distintas estructuras del cerebro entre sí.” Este estudio ha permitido “saber dónde estas las autopistas, las carreteras nacionales y las secundarias del cerebro”, explica gráficamente Juan Lerma.

Uno de los grandes retos del cerebro de mamíferos es saber cómo se genera la conducta a partir de la actividad de las neuronas. Aunque esto aún no se ha logrado en el gusano C. Elegans, cuyo conectoma ya se conoce, es un requisito previo para dar ese importante paso. Hace unos días, Rafael Yuste, el principal impulsor del Proyecto Brain explicaba a ABC que lo importante para dar este paso, además de tener las conexiones, es ver la actividad conjunta de grupos de neuronas que forman estructuras “emergentes” que dan lugar a funciones concretas, como el pensamiento.

Primer mapa del cerebro humano en desarrrollo – ABC.es.

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Reprograman células para que se conviertan en neuronas funcionales

Alzhéimer, párkinson son algunas enfermedades que se podrían beneficiar de este tratamiento novedoso

GONG CHEN LAB, PENN STATE UNIVERSITY
En verde, neuronas funcionales y sanas obtenidas gracias a la reprogramación celular

Investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania, en Estados Unidos, han desarrollado una tecnología innovadora para regenerar neuronas funcionales después de una lesión cerebral y también en sistemas modelo utilizados para la investigación sobre la enfermedad de Alzheimer. Los científicos usaron células de soporte del sistema nervioso central, las células gliales, para regenerar neuronas funcionales saludables, que son críticas para la transmisión de señales en el cerebro.

Gong Chen, autor del trabajio, considera el método un gran avance en el largo camino hacia la reparación del cerebro. «Esta tecnología puede convertirse en un nuevo tratamiento terapéutico para las lesiones traumáticas cerebral y de la médula espinal, el ictus, la enfermedad de Alzheimer, la de Parkinson y otros trastornos neurológicos», señala el autor de la investigación que se publica este jueves en «Cell Stem Cell».

Cuando el cerebro se ve perjudicado por una lesión o enfermedad, las neuronas a menudo mueren o se degeneran, pero las células gliales se vuelven más ramificadas y numerosas. Estas «células gliales reactivas» inicialmente construyen un sistema de defensa para evitar que las bacterias y las toxinas invadan los tejidos sanos, pero este proceso constituye eventualmente cicatrices gliales que limitan el crecimiento de las neuronas sanas.

«El problema con las células gliales reactivas es que a menudo se quedan en el sitio de la lesión, formando una cicatriz glial y evitan que las neuronas crezcan de nuevo en las áreas lesionadas», explica Chen, cuyo laboratorio probó hace varios años nuevas maneras de transformar el tejido de la cicatriz glial en tejido nervioso normal. «Hubo más células gliales reactivas y menos neuronas funcionales en el sitio de la lesión, lo que nos permitió lanzar la hipótesis de que es posible convertir las células gliales en la cicatriz en neuronas funcionales en el lugar de la lesión en el cerebro».

Esta investigación se inspiró en la tecnología premiada con el Premio Nobel de células madre pluripotentes inducidas (iPSCs), desarrollada por el grupo de Shinya Yamanaka, que mostró cómo reprogramar células de la piel en células madre. Chen y su equipo comenzaron mediante el estudio de cómo las células gliales reactivas responden a una proteína específica, NeuroD1, que se sabe que es importante en la formación de las células nerviosas en el área del hipocampo de cerebros adultos.

Hipótesis

Estos científicos plantearon la hipótesis de que la expresión de la proteína NeuroD1 en las células gliales reactivas en el sitio de la lesión podría ayudar a generar nuevas neuronas, tal como hace en el hipocampo. Para probar esta hipótesis, el equipo infectó células gliales reactivas con un retrovirus que especifica el código genético de la proteína NeuroD1 y que es de replicación deficiente, por lo que no puede matar a las células infectadas. «Un retrovirus puede infectar sólo células que se dividen como células gliales reactivas, pero no afecta a las neuronas, lo que lo hace ideal para uso terapéutico con efectos secundarios mínimos en las funciones normales del cerebro», resalta Chen.

En una primera prueba, estos expertos analizaron si las células gliales reactivas pueden convertirse en neuronas funcionales después de la inyección del retrovirus en el área de la corteza de ratones adultos. Los científicos descubrieron que dos tipos de células gliales reactivas, células astrogliales en forma de estrella y células gliales NG2, se reprogramaron en neuronas tras una semana de haberse infectado con el retrovirus NeuroD1. «Curiosamente, las células astrogliales reactivas se reprogramaron en neuronas excitadoras, mientras que las células NG2 se reprogramaron en dos neuronas excitadoras e inhibidoras, por lo que es posible lograr un equilibrio excitación-inhibición en el cerebro después de la reprogramación», apunta Chen.

Su laboratorio también realizó pruebas electrofisiológicas que demostraron que las nuevas neuronas convertidas por el retrovirus NeuroD1 podrían recibir señales de neurotransmisores a partir de otras células nerviosas, lo que sugiere que las neuronas recién convertidas se habían integrado con éxito en los circuitos neuronales locales.

En una segunda prueba, Chen y su equipo usaron un modelo transgénico de ratón con la enfermedad de Alzheimer y demostraron que las células gliales reactivas en el cerebro enfermo del ratón también se pueden convertir en neuronas funcionales. Además, el equipo vio que, incluso en los ratones de 14 meses de edad con la patología, una edad más o menos equivalente a 60 años en los seres humanos, la inyección de retrovirus NeuroD1 en una corteza de ratón todavía puede inducir un gran número de neuronas recién nacidas reprogramadas a partir de células gliales reactivas.

«Por lo tanto, la tecnología de conversión que hemos demostrado en los cerebros de los ratones puede potencialmente usarse para regenerar neuronas funcionales en personas con enfermedad de Alzheimer», afirma Chen, quien probó con su equipo el método en células gliales humanas cultivadas para ver si este método se limita sólo a los roedores, hallando que éstas también se reinventan, cambiando su forma de células gliales planas laminares en neuronas de aspecto normal, con axón y ramas dendríticas.

Reprograman células para que se conviertan en neuronas funcionales – ABC.es.

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El cerebro humano trabaja al borde de la locura

Un modelo de los flujos de la actividad cerebral creado por científicos de la Universidad de Granada muestra que existe un equilibrio crítico entre avalanchas y calmas cuya ruptura puede provocar patologías mentales

Mapa del cableado neuronal del cerebro extraído del Proyecto Conectoma.

Hace 107 años, un aragonés logró el único premio Nobel de ciencia labrado hasta ahora dentro de nuestras fronteras con la única ayuda de un microscopio, útiles de dibujo y una mirada inquisitiva. Más de un siglo después, el camino pionero emprendido por Cajal ha avanzado tanto que, por paradójico que parezca, hoy el conocimiento acumulado de la trama y la función del cerebro es algo tan complejo que escapa a la propia comprensión del órgano que lo investiga.

Miguel Ángel Muñoz y Paolo Moretti

Por suerte, los investigadores de hoy cuentan con una herramienta tan imprescindible como para Cajal lo fueron sus lápices. Proyectos como el Blue Brain y el Human Brain Project utilizan superordenadores para crear modelos de simulación del cerebro humano, lo que ha convertido la investigación puntera en neurociencia en un trabajo conjunto de biología, física, matemáticas y computación. Hoy existen modelos básicos que los científicos pueden emplear como recreación informática del cableado cerebral. Pero la tarea no acaba aquí: una vez dibujada la arquitectura estática del cerebro, hay que poner en movimiento toda esa circuitería. “Utilizando una sencilla analogía, es como si tuviéramos a nuestra disposición, por un lado, un detallado atlas de carreteras, y por otro, un mapa del tráfico en distintos y determinados momentos del día”, resume Miguel Ángel Muñoz, catedrático de Física Teórica y Computacional de la Universidad de Granada (UGR).

Muñoz y su colega Paolo Moretti trabajan en el Instituto Carlos I de Física Teórica y Computacional y en el grupo de investigación en Física Estadística y de los Sistemas Complejos de la UGR. Allí cuentan con el superordenador PROTEUS, que les ha permitido simular ese tráfico eléctrico de la actividad cerebral utilizando como atlas de carreteras el mapa de la conectividad neuronal más preciso que existe, elaborado por el neurocientífico Olaf Sporns en la Universidad de Indiana (EE.UU.).

Lo que Muñoz y Moretti han logrado es reproducir la circulación por la red neuronal en distintas condiciones de actividad o reposo para analizar cómo y en qué regiones del cerebro se distribuye ese flujo electroquímico. “Los episodios de actividad neuronal constituyen un mecanismo para entender cómo la información codificada en las neuronas viaja de un lugar a otro del cerebro, haciendo así posible la integración de toda la información, dando coherencia al sistema”, apunta Muñoz.

Terremoto en la cabeza

Según publican los científicos en la revista Nature Communications, lo que han descubierto es que los patrones de actividad cerebral varían enormemente en intensidad, entre la llovizna y el diluvio. En algunos casos se producen avalanchas que, explica Muñoz, “no podemos comparar con el ejemplo del tráfico, porque para ello debería ocurrir que los coches, en un punto, pudiesen desdoblarse en varios y multiplicarse o evaporarse”. El físico asemeja estos episodios a “terremotos que continuamente perturban la superficie de la Tierra, y que en un proceso de cascada desencadenan avalanchas sísmicas de gran variabilidad”.

De acuerdo a los investigadores, la estructura jerárquica del cerebro posee el mando de control que permite regular la magnitud y la extensión de estas avalanchas, y si algo falla, las consecuencias pueden ser muy graves. “Si las avalanchas fuesen demasiado breves, la información codificada en ellas no podría viajar de una parte a otra del cerebro y no habría una coherencia suficiente para las operaciones cognitivas”, señala Muñoz. “Por otro lado, si las avalanchas fuesen siempre demasiado intensas, el cerebro estaría en un estado perpetuo de terremoto devastador, o dicho con algo más de precisión, en un estado de perpetua actividad epiléptica”.

El trabajo de Muñoz y Moretti resalta que esa capacidad de modulación permite al cerebro trabajar en un equilibrio crítico para que la información llegue a todas partes sin saturar el sistema. “Operar en condiciones críticas ofrece ventajas funcionales, como capacidades de computación óptimas, memoria y un amplio rango dinámico”, escriben los autores en su estudio. Pero se trata de un delicado balance en el punto justo entre el exceso y el defecto, dos posibilidades que “serían nefastas para el correcto funcionamiento del cerebro y ambas se pueden relacionar con patologías mentales”, concluye Muñoz. Algo que el escritor Philip K. Dick, autor del relato que dio origen a la películaBlade Runner, observó con otras palabras: “La distinción entre la cordura y la locura es más estrecha que el filo de una navaja”.

El cerebro humano trabaja al borde de la locura – ABC.es.

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Ranulfo Romo: «Es probable que no seamos otra cosa que títeres de nuestras neuronas»

Investigador de la Universidad Nacional Autónoma de México, estudia las bases neurobiológicas de la toma de decisiones

SENC
El investigador mexicano Ranulfo Romo fue uno de los ponentes del XV Congreso de la Sociedad Española de Neurociencia celebrado recientemente en Oviedo

Ranulfo Romo estuvo en España con motivo del XV Congreso de la Sociedad Española de Neurociencias, celebrado en Oviedo del 25 al 27 de septiembre. Investigador del Instituto de Fisiología Celular de l Universidad Autónoma de México (UNAM) y miembro del Colegio Nacional de Mexico, su trabajo se centra en comprender qué hay detrás de la toma de una decisión. “Probablemente tomar una decisión es el mecanismo cumbre de nuestro cerebro. Y dado que no tenemos acceso directo a los procesos finos de la maquinaria cerebral, tenemos que generar modelos experimentales, en mi caso utilizando primates, que en la escala sensorial, motora y de memoria a corto plazo tienen un cerebro muy parecido al nuestro. En monos entrenados para tomar decisiones, como evaluar opciones o información sensorial, podemos estudiar directamente las neuronas involucradas en esta función. Lo bonito de esto es que detrás de una decisión perceptual podemos estudiar mecanismos muy básicos aún no bien conocidos, como por ejemplo cómo se representa la información del mundo externo en nuestro cerebro. Por ejemplo, cuando vemos una cara, ¿se ve en el cerebro?, o ¿qué representación hay en el cerebro auditivo cuando oímos una voz? Y lo que hemos visto es que hay una copia cerebral, neuronal, muy dinámica, de lo que ocurre en el mundo externo. El mundo que percibimos tiene una representación física en la actividad de nuestras neuronas.

-¿Cómo es esa representación?

-La coordinación de chispas eléctricas, que es el lenguaje de las neuronas, en un instante del tiempo representan variables físicas de los estímulos. Se puede decir que las secuencias temporales de una palabra se representan en las chispas eléctricas de las neuronas, es una especie de código digital para reconstruir las imágenes del mundo externo. Esas representaciones son muy útiles porque nos permiten sentir y, como material primario, generar los procesos de percepción. Por ejemplo, en el caso del reconocimiento de una cara, se combina lo que guardamos en la memoria y la representación sensorial inmediata, que se produce en ese momento. Al cotejarlo se reconoce a la persona. Si falla la memoria no sabemos quién es, y si falla la representación sensorial tampoco, como ocurre en Alzheimer, donde se han perdido los circuitos cerebrales de la memoria. Se pueden representar los atributos físicos pero no se pueden combinar con los guardados en la memoria y no lo reconoceríamos, ni podríamos entender las palabras que escuchamos. Hace falta la información sensorial inmediata más la representación del código para decodificar las palabras. Esto nos permite estudiar en qué parte del cerebro y en qué forma guardamos la información y podemos encontrar el código neural de la memoria. Y ver cómo se combina con la entrada sensorial. Y la parte cumbre de todo esto es la toma de una decisión: ahí está esta persona que conozco.

-Según esto, todo lo que hacemos a diario son decisiones…

Absolutamente todo. Y, por ejemplo, cuando tecleamos en el ordenador, el cerebro está tomando decisiones muy rápidas para escribir lo más relevante.

-¿Cómo sabe una neurona lo que es más importante? ¿Tomamos nosotros esa decisión o es una ilusión y en realidad la toman nuestras neuronas?

Es una ilusión creer que somos dueños de nosotros mismosy que tenemos control en la toma de decisiones. Quienes toman las decisiones son los circuitos neuronales, que en su trabajo por detrás del nivel de consciencia hacen estas operaciones y finalmente mandan una decisión para que creamos que la hemos tomado nosotros. Es cierto que parece que hay un tiempo muy corto, donde interviene la consciencia, y se puede vetar esa decisión. Pero es muy corto, y ahí intervienen mucho los sistemas de educación familiar, que nos hacen ser prudentes. Porque tomar una decisión tiene muchas consecuencias para bien o mal. Y detrás están todos los valores, y tenemos circuitos que le dan valor al contenido de una decisión. Hay decisiones fáciles, difíciles y otras imposibles, pero hay que hacer algo siempre. Aunque sea no hacer nada, que ya es una decisión que tomó el cerebro

-¿Qué circuitos están implicados en la toma de decisiones?

-Cuando se trata de evaluar el contenido de la información que entra por nuestros sentidos, por ejemplo un documento que tiene información, entra por la vista, al leerlo, se representa en la corteza visual y luego viaja por muchos circuitos cerebrales hasta ir a cotejarse con su experiencia, con la información adquirida a lo largo de la vida para tomar una decisión. Hay múltiples circuitos de neuronas que se coordinan espacial y temporalmente para tomar decisiones. Los circuitos muy bien integrados optimizan una decisión. Por ejemplo, los de un ingeniero, un abogado, un médico o un tenista como Rafa Nadal, que basados en la experiencia toman una decisión. Nadal debe tener un circuito muy interesante para coordinar la información visual, auditiva y propiceptiva –[que proporciona información sobre la posición del cuerpo]- y evalúa de dónde llegan las bolas y cómo responder. Estos circuitos tiene que ver con la experiencia previa y el entrenamiento.

-¿Estas habilidades para tomar decisiones son innatas o se pueden entrenar?

-Esa cuestión es un eterno debate. Hay quienes piensan que se nace con circuitos óptimos para ser algo concreto en la vida. Otros tienen la postura de que es una cuestión de educación. Yo pienso que es la combinación de ambas cosas, que hay factores genéticos que optimizan la circuitería cerebral y también que con entrenamiento, es decir, con educación o ejercicio, nosotros podemos hacer circuitos muy óptimos para tomar decisiones. Un cerebro no entrenado, aun con circuitos óptimos, no va muy lejos. Y a la inversa, un cerebro mal construido y bien educado tampoco. Se requiere una combinación de ambas cosas, pero la educación es fundamental.

-¿Las emociones interfieren en la toma de decisiones?

-No solo somos entes racionales. Tenemos también un cerebro emocional. Y así como se combina la información sensorial con la memoria y el aparato motor, también lo hace con el aparato emocional. Las emociones también le dan color a nuestras decisiones. Tiene que ver con los procesos de todos los días, en los que obtenemos recompensas. Cada vez que tomamos una decisión correcta, el cerebro nos da una recompensa. Y tenemos circuitos cerebrales que dan valor a nuestras decisiones. Hace años participé en estos experimentos donde descubrimos que había circuitos cerebrales que tienen una molécula llamada dopamina que da valor al contenido de la información. Sin este valor no podemos aprender ni memorizar, y por tanto sin dopamina la vida podría ser un desastre.

-¿El sistema de recompensa del cerebro está implicado entonces en la toma de decisiones?

-Totalmente. Nuestro cerebro busca recompensas todos los días. Al llegar a casa busca que le reciban bien, que la comida sea sabrosa, que la cama sea la adecuada para un buen descanso, que le llamen sus amigos y le demuestren su afecto. Si hacemos algo mal, como no pasar un examen, la recompensa es tan negativa que puede hacer que nos deprimamos. Este sistema de recompensa da valor a lo que recibimos a cambio de las decisiones que tomamos.

-¿Se puede cambiar esta valoración cambiando nuestra forma de pensar?

-Los psiquiatras, que son más prácticos, le pueden dar una pastilla. Pero cuando se tiene un problema, el hecho de comentarlo con alguien también ayuda. Nuestra vida es importante siempre y cuando uno tenga un impacto en el otro. Solos no somos nadie. Somos alguien por los demás. Yo no sabría si mis decisiones son o no correctas si los demás no me dan una referencia.

-¿La toma de decisiones es exclusiva de nuestra especie?

No. Hasta un gusano como Caenorhabditis elegans tiene que tomar decisiones. Y nos parecemos en que son categóricas. Quizás en lo que nos diferenciamos es que yo puedo posponer mis decisiones y no estoy seguro de que el gusano pueda hacerlo. Las decisiones dependen mucho del medio y del contexto donde esté cada organismo. Aunque son categóricas en ambos casos, las del gusano C. elegans son muy diferentes.

-¿Mucha información perjudica la toma de decisiones?

-No lo creo. Es bueno tener información, pero más importante que eso es tener conocimiento. El paso de información a conocimiento es muy importante. Quizá es algo que aún no se ha evaluado muy bien en nuestras sociedades, porque ahora tenemos acceso a la información, que a veces se confunde con conocimiento. Ese paso significa que damos sentido a la información y que la usamos para un propósito. Cuando leo el periódico tengo acceso a la información. Pero con detalle solo le presto atención a la que es útil para mi vida y la incorpora a mi conocimiento. Y eso requiere una toma de decisiones

-¿Podrán las máquinas tomar decisiones mejor que nosotros en un futuro, un robot, por ejemplo?

-Decisiones razonadas como las nuestras, no creo. Pero hay algo muy importante. Hace unos meses escribí el prólogo de un libro sobre la consciencia y el autor hacía énfasis en si podremos generar alguna vez una consciencia artificial. Una consciencia artificial significa un consciencia capaz de evaluar información, de sentir, percibir y tomar decisiones razonadas y con emociones. El autor sugiere que sí y lo argumenta. Yo dudé, pero me acordé del libro de Verne “Viaje a la luna”. El libro tardó cien años en hacerse realidad. No quiero ser profeta pero quizá en cien años tengamos una consciencia artificial. Y no sé cómo se transformarían nuestras vidas. Crearíamos organismos autónomos con capacidad para tomar decisiones. Y no sé como podrán interaccionar los seres biológicos con esos seres, que después se podrían autoconstruir y generar su propia cultura “artificial”. Yo no lo voy a ver, pero, basándome en lo que ocurrió con Julio Verne, creo que todo lo que uno se imagina algún día lo cristalizará.

-Julio Verne, aunque era abogado, tenía una gran afición por la ciencia y estaba muy al tanto de los avances científicos, de forma que podía intuir que cosas serían factibles en un futuro relativamente cercano y cuáles no. ¿Con el conocimiento que tenemos ahora sobre el cerebro podríamos llegar a crear esa consciencia artificial? ¿O pasará como con la máquina del tiempo imaginada por H.G. Wells, contemporáneo de Verne, que hoy sigue siendo una ficción?

-Por el momento crear una consciencia artificial es prácticamente imposible. Tendríamos que conocer el cerebro muy bien para llegar a eso…y me gustaría que nunca sucediera. Pero dado el avance científico, muy rápido, vamos conociendo los secretos de nuestro propio cerebro. Pero cabe la duda y la posibilidad de que el cerebro mismo, como se estudia a sí mismo, nos genere una trampa, de forma que nunca podamos conocerlo en su totalidad. Y en ese caso generaremos máquinas imperfectas, perfectas sólo para el automatismo, como los ordenadores, que tienen una capacidad de cálculo superior a la nuestra, pero que funcionan sólo con nuestras instrucciones, en forma de programa. Lo que sabemos del cerebro actualmente es mucho y muy poco al mismo tiempo. Sabemos dónde y en qué parte ocurren los procesos cerebrales, pero cómo ocurren, los principios básicos, no solo sabemos.

-¿La teoría del gen egoísta de Richard Dawkins, para explicar las bases biológicas de nuestra conducta, podría interpretarse como “la neurona egoísta”, que toma decisiones por nosotros y nos hace creer que son nuestras?

-Este asunto de Dawkins lo discutía hace poco con mi esposa. Con mi cerebro consciente he decidido preservar mis genes a través mis nietos. Y ocupo mucho de mi tiempo en seguirles de cerca en su educación, llevarles al colegio, enseñarles cosas útiles. No es que quiera hacerlos a mi imagen y semejanza, sino que quiero contribuir a su educación. Y reflexionando con mi esposa, me di cuenta de que en el fondo lo que «a mí me interesaba», en mi egoísmo, era lo que mis neuronas estaban decidiendo: que teníamos que preservar nuestros genes. Es probable que no seamos otra cosa que títeres de nuestras neuronas. Y que todas nuestras decisiones sean producto de nuestra maquinaria cerebral. Y nuestra consciencia no es más que un producto emergente que es muy difícil de ubicar en un lugar concreto, porque es producto de la actividad de nuestras neuronas.

-Esto que dice pone en tela de juicio el libre albedrío…

– Ese es un tema que me interesa mucho. Hace un año organicé un simposio en el Colegio Nacional de México, con personalidades de diversos ámbitos, para discutir si nuestras acciones están determinadas o si tenemos libre albedrío. La conclusión a la que llegamos fue muy interesante: Los físicos y matemáticos, en su mayoría, dirán que todo está determinado. La mayoría de los biólogos pensamos que hay cierta libertad. Sin embargo, hay un experimento muy bonito de Benjamin Libet, en el que registraba la actividad cerebral de sujetos a los que pedía que hicieran un movimiento cuando quisieran, y mientras Libet registraba la actividad cerebral. Y encontró que antes de que los sujetos decidieran mover el dedo, sse activaban sus neuronas. Y al ver este resultado les preguntó cuándo notaron que querían hacer ese movimiento. Y encuentra que 300 milisegundos antes [de la intención] las neuronas estaban activadas, y llega a la conclusión de que todo movimiento voluntario es involuntariamente iniciado y que todo acto conscientemente iniciado es inconscientemente iniciado. Si esto fuera cierto, quiere decir que no tenemos libre albedrío. Sin embargo, existe la posibilidad de que tengamos una franja de tiempo muy corto donde podemos juzgar ese deseo, esa intencionalidad y dejarla pasar, bloquearla, vetarla o modularla. Puede que los asesinos tengan mucho más corto este tiempo y no puedan cancelar la ejecución de la acción. Si existe el libre albedrío, tendríamos una franja de tiempo muy corta para modular nuestras acciones y decisiones.

– Entonces, la frase de Cajal, padre de la neurociencia moderna, que dice que un hombre puede, si se lo propone, esculpir su propio cerebro, ¿cómo encaja?

-Por supuesto, porque en el fondo, una vez que he tomado una decisión recibo un feedback externo que va moldeando mis acciones. De hecho, se dice que sólo se aprende de los errores, y no de los refuerzos positivos, o éxitos. Si Nadal no se entrenara, por más aptitudes que tenga, no sería el campeón que es ahora. Si don Santiago Ramón y Cajal no hubiese pasado horas y horas al microscopio viendo las muestras de tejido que preparaba, nunca hubiese podido ser el gran neurobiólogo español, quizá el más grande todos. Y se hizo a sí mismo, con muy pocos recursos. Cuando tomamos un libro para leerlo, por ejemplo, supone una opción personal, una disciplina para sentarse y leerlo. Toda acción tiene un coste, con un refuerzo positivo o negativo. Y de esas dos cosas muy elementales, binarias, uno va esculpiendo su cerebro haciéndose a si mismo lo que uno cree que quiere ser.

-Pertenece a Colegio Nacional de México, ¿qué significa eso para usted?

-Somos un grupo de 40 personas de diversos ámbitos: pintores, novelistas, matemáticos… Diego Rivera perteneció a la Sociedad, así como Mario Molina (Nóbel de Química en 1995) Octavio Paz o Carlos Fuentes, recientemente fallecido, un grupo selecto de personas. Esto nos otorga una posición vitalicia muy conveniente para los miembros, porque tenemos mucha libertad para nuestro trabajo. El lema es ‘libertad por el saber’. No dependemos de las instituciones, sino de nosotros mismos. Somos libres.

Eso, si las neuronas se lo permiten….

-Exactamente…

Ranulfo Romo: «Es probable que no seamos otra cosa que títeres de nuestras neuronas» – ABC.es.

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Dos millones de euros para el español que trazará el mapa del cerebro humano

Rafael Yuste en la Universidad de Columbia. | Miguel Rajmil

El neurocientífico español Rafael Yuste ha sido premiado este lunes con el galardón estrella de la investigación científica en Estados Unidos para los pioneros en su campo. Yuste, catedrático de la Universidad de Columbia en Nueva York, recibirá 2,5 millones de dólares (unos 1,9 millones de euros) para explorar nuevas técnicas que le permitan dibujar el mapa de la actividad cerebral.

El director de la agencia de Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos (NIH, en sus siglas en inglés), que es la encargada de la investigación, recompensa cada año desde 2004 a los científicos individuales «con una creatividad excepcional, que propongan ideas pioneras y posiblemente transformadoras para los mayores retos de la investigación biomédica y del comportamiento».

«Se trata de una beca para investigar en vez de un premio por los logros pasados», explica la agencia, que dará 500.000 dólares (unos 370.000 euros) anuales durante cinco años a Yuste para que avance en sus experimentos destinados a registrar la actividad neuronal.

Es el premio científico más codiciado ya que no tiene requisitos de experiencia y está indicado para innovadores en cualquier ciclo de su carrera. La NIH dice en sus bases que ‘anima’ a presentarse a mujeres científicas. Este año Yuste competía con más de 3.000 científicos para un galardón que reciben ahora él y otras once personas.

Hipótesis ‘revolucionaria

La idea del premio, según explica el neurobiólogo madrileño a ELMUNDO.es, es «perseguir una hipótesis que no sea convencional, pero que pueda ser revolucionaria en tu campo». «En mi caso les propuse descifrar las conexiones de la corteza visual del ratón con unas técnicas nuevas que hemos desarrollado para comprobar si funciona como una red neuronal», explica.

Yuste es quien ideó el proyecto para intentar componer en los próximos 15 años el mapa de toda la actividad cerebral, que se ha convertido en la gran apuesta científica de la Administración Obama.

La Casa Blanca presentó el plan en abril para financiar a científicos que desarrollen técnicas que permitan registrar la actividad de las cerca de 100.000 millones de neuronas a la vez. Los secretos del órgano más desconocido servirán para curar y evitar la esquizofrenia, la epilepsia, la demencia o el Parkinson entre el millar de enfermedades mentales que afectan a unas mil millones de personas en el mundo.

El Gobierno de Estados Unidos aspira a invertir cientos de millones en el programa más ambicioso desde el mapa de genoma humano y que ha bautizado ahora con el nombre de BRAIN. La Administración planea empezar a dar las primeras becas la próxima primavera.

Desentrañando las ‘junglas impenetrables’ del cerebro

Desde que con 14 años su padre le regaló el libro de Ramón y Cajal ‘Reglas y consejos sobre investigación científica’, Yuste ha dedicado su carrera a las «junglas impenetrables» del cerebro. Estudió Medicina en la Autónoma de Madrid y se fue a hacer el doctorado a la Universidad Rockefeller de Nueva York para explorar la corteza del cerebro con el Nobel Torsten Wiesel, que ahora ha sido uno de los que le ha recomendado para el premio de la NIH junto con Rodolfo Llinás, neurobiólogo colombiano y profesor de la Universidad de Nueva York, y Peter Somogyi, de la Universidad de Oxford.

Ya en su tesis, Yuste descubrió cómo utilizar métodos de imagen de calcio para registrar la actividad de varios centenares de neuronas. Su gran objetivo ahora en el laboratorio que dirige en la Universidad de Columbia es poder hacerlo en tres dimensiones, medir el voltaje de las descargas eléctricas e incluir cada vez más células.

Yuste suele comparar el cerebro con una película en alta definición de la que se ve un fragmento mínimo. «Es como si en vez de ver toda la pantalla sólo pudieses ver dos o tres píxeles. Así nunca podrías entender lo que pasa. Tenemos una pantalla con 100.000 millones de neuronas. En ciertos laboratorios, se ven mil a la vez. Pero nadie ha visto la película. Nadie tiene las herramientas para hacerlo. Queremos dotar a la neurociencia de la habilidad para ver la película por primera vez», explica.

El científico celebrará este lunes el premio en San Sebastián, donde es uno de los principales ponentes en un congreso para promover el progreso de ciencia llamado ‘Passion for Knowledge’.

Dos millones de euros para el español que trazará el mapa del cerebro humano | Ciencia | elmundo.es.

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Descubren la clave para reducir los olvidos

Según un estudio, los recuerdos no olvidados se asocian con una mayor coordinación entre el hipocampo y la corteza cerebral, y dos partes del cerebro vinculadas con la formación de la memoria

REUTERS
Cuando los recuerdos están apoyados por una mayor coordinación entre las diferentes partes del cerebro, es una señal de que van a estar en la memoria durante más tiempo, explican los investigadores

Un equipo de neurocientíficos de la Universidad de Nueva York, enEstados Unidos, ha encontrado una clave para reducir los olvidos. Sus resultados, publicados en la revista «Neuron», muestran que cuanto mejor sea la coordinación entre dos regiones del cerebroes menos probable que se olvide la información recién obtenida. «Cuando los recuerdos están apoyados por una mayor coordinación entre las diferentes partes del cerebro, es una señal de que van a estar en la memoria durante más tiempo», explicó la principal autora del estudio, Lila Davachi, profesora asociada en el Departamento de Psicología y el Centro para la Ciencia Neural de la Universidad de Nueva York.

Normalmente, se entiende que la clave para la consolidación de la memoria, la fijación de una experiencia o información en nuestro cerebro, es la señalización en el hipocampo del cerebro a través de diferentes áreas corticales. Por otra parte, se ha planteado la hipótesis, pero nunca demostrado, que cuanto mayor es la distribución de la señalización, la información se afianza más fuerte en nuestro cerebro.

Davachi y su colega Kaia Vilberg, ahora investigadora postdoctoral en el Centro para la Longevidad de la Universidad de Texas y la Escuela de Ciencias del Comportamiento y el Cerebro de Dallas, en Estados Unidos, trataron de determinar si había evidencia científica para esta teoría. Para ello, examinaron cómo se forman los recuerdos en sus primeras etapas a través de una serie de experimentos en un periodo de tres días.

En el primer día de estudio, los investigadores trabajaron para codificar o crear nuevos recuerdos entre los sujetos del estudio, mostrándoles una serie de imágenes-objetos y escenas al aire libre, los cuales fueron emparejados con palabras. A continuación, se les pidió que formaran una asociación entre la palabra y la imagen presentada en la pantalla. Al segundo día, los sujetos regresaron al laboratorio y completaron otra serie de tareas de codificación utilizando nuevos conjuntos de imágenes y palabras, lo que permitió a los investigadores comparar los dos tipos de memoria: la más consolidada, la memoria de larga duración (LD) codificada el primera día, con la menos consolidada, la memoria de corta duración (SD) codificada en el segundo día.

Después de un breve descanso, se puso a los participantes en una máquina de resonancia magnética con el fin de controlar la actividad neuronal y se les mostró las mismas parejas de imágenes y palabras que vieron en los dos primeros días, así como una nueva ronda de efectos visuales combinados con palabras. Luego completaron una prueba de memoria de aproximadamente la mitad de las parejas vistas hasta el momento y el tercer día, volvieron al laboratorio para una prueba de memoria con las imágenes restantes.

Aislar recuerdos

Al ponerles a prueba durante varios días, los investigadores fueron capaces de aislar recuerdos que se olvidaron o fueron preservados en el tiempo y, así, comprender mejor los factores neurológicos que contribuyen a la preservación de la memoria. Sus resultados mostraron que los recuerdos (por ejemplo, las asociaciones de palabras e imágenes) que no fueron olvidados se asociaron con una mayor coordinación entre el hipocampo y la corteza cerebral izquierda perirrinal (LPRC) y dos partes del cerebro previamente vinculadas con la formación de la memoria.

Por el contrario, fue notablemente menor la conectividad entre las regiones para las asociaciones visuales con palabras que los sujetos del estudio tendían a olvidar. Además, los investigadores descubrieron que la actividad cerebral coordinada entre el hipocampo y la actividad LPRC, pero no en general en estas regiones, se relaciona con elfortalecimiento de la memoria, argumentando que contribuye a la longevidad de los recuerdos.

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Hallan una importante pista para tratar la pérdida de memoria asociada a la edad

Un equipo liderado por el Nobel Kandel demuestra por primera vez que la dificultad para recordar al envejecer no se relaciona con la enfermedad de Alzheimer y es reversible en ratones

TAMILY WEISSMAN Y JEFF LICHTMAN
Hipocampo de un ratón. Aparece en morado y tiene forma de pastel «brazo de gitano»

Un equipo de investigadores de la Universidad de Columbia ha descubierto la principal molécula implicada en la pérdida de memoria asociada a la edad, que además permite confirmar de manera “irrefutable” que este declive asociado a los años no está relacionado con la enfermedad de Alzheimer, como asegura el Nobel Erik Kandel, que lidera la investigación y que ya fue laureado en 2000 por sus descubrimientos sobre la memoria en el caracol marino Aplysia.

El hallazgo se ha llevado a cabo estudiando muestras de cerebro humano procedentes de un banco de tejido de ocho personas sanas con edades comprendidas entre los 33 y los 88 años. En el análisis encontraron 17 genes candidatos que podían estar relacionados con la pérdida de memoria. Aunque los cambios más significativos asociados con la edad se producían en la proteína RbAp48, localizada específicamente el giro dentado, una región con forma de boomerang que forma parte del hipocampo, la estructura relacionada con el aprendizaje y la memoria. Esta proteína se reducía a la mitad en las muestras de cerebrospertenecientes a los pacientes de mayor edad.

Prometedoras expectativas

Según explica el primer autor del trabajo, Elias Pavlopoulus, se plantearon que si esta proteína era determinante en la pérdida de memoria a medida que envejecemos, como parecía por su reducción en el tiempo, y la inactivaban en ratones jóvenes, estos se volverían olvidadizos. Y así ocurrió. Pero lo más asombroso, asegura Pavlopoulus, fue que al incrementar la proteína en el cerebro de ratones añosos, estos recuperaron su memoria que empezó a funcionar al mismo nivel que en los ratones más jóvenes. Lo que constituye una prueba de que podría ser reversible con el tratamiento adecuado, y abre prometedoras expectativas en la localización de dianas terapéuticas que puedan combatir la disminución de la memoria con el paso de los años.

El estudio fue diseñado específicamente para buscar evidencias moleculares directas de que los olvidos asociados a la edad no están relacionados con el desarrollo de la enfermedad de Alzhéimer. Se sabía de antemano que la pérdida de memoria al envejecer afectaba a al giro dentado, mientras que la enfermedad de Alzheimer afecta a la corteza entorrinal, una estructura cercana al hipocampo pero diferente.

“El hecho de que hayamos sido capaces de revertir la pérdida de memoria asociada a la edad en ratones es muy alentador”, destaca Kandel. “Por supuesto es posible que otros cambios en el giro dentado contribuyan a esta pérdida, pero como mínimo nuestro trabajo demuestra que esta proteína es el principal factor implicado y que se debe a un cambio funcional en algún tipo de neuronas. Y a diferencia de lo que ocurre en el Alzheimer no hay una pérdida significativa de neuronas”, aclara.

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‘Minicerebros’ creados en el laboratorio

  • Científicos desarrollan estructuras cerebrales a partir de células madre
  • Se trata de ‘minicerebros’ de unos cuatro milímetros que son funcionales
  • Los investigadores afirman que servirán para el estudio de enfermedades

Sección del tejido cerebral generado a partir de células embrionarias. | Madeline Lancaster (Nature)

Investigadores del Instituto de Biotecnología Molecular de Viena, Austria, han conseguido lo que parece ciencia ficcción: cerebros de laboratorio. En realidad, son estructuras de sólo unos cuatro milímetros pero que reproducen la estructura de un cerebro humano. La ‘creación’ ha sido posible a la tecnología con células madre embrionarias y células iPSy, según los expertos, ayudará a analizar cómo se desarrolla este órgano en el útero materno y posiblemente a comprender mejor ciertos problemas neurológicos.

Los resultados, publicados en la revista ‘Nature’, vienen a suponer un paso más en la ingeniería de tejidos que en los últimos meses ha conseguido éxitos importantes como la creación en el laboratorio de órganos tan importantes como el hígado, la vejiga o el riñón.

Lo que han logrado los investigadores austriacos es crear un medio de cultivo que recree las condiciones en las que las células madre embrionarias se encuentran en en el útero materno, donde son capaces de transformarse en células especializadas para formar un cerebro. Con ese gel de cultivo y, tras colocarlas en un bioreactor, las células fueron capaces de organizarse y formar esferas que llegaron a medir a los dos meses entre tres y cuatro milímetros de diámetro, lo que representa un estadio similar al desarrollo cerebral de un embrión de nueve semanas.

«Los ‘organoides’ cerebrales muestran regiones discretas que recuerdan diferentes áreas del cerebro humano en un desarrollo inicial», explica Madeline Lancaster, primera autora del estudio. Estas regiones incluyen las capas neuronales de la corteza cerebral y el hipocampo, donde reside la capacidad de aprendizaje. Además, las pruebas realizadas en el laboratorio demuestran que estos minicrebros son funcionales.

Estos ‘minicerebros’ han sobrevivido durante casi un año, pero no han crecido más. La razón de que su tamaño no progrese es la falta de aporte sanguíneo, nutrientes y oxígeno, ya que no hay un sistema venoso que los transporte hasta el interior de estas estructuras.

Una de las principales utilidades de estas ‘herramientas’ celulares es su uso como modelo de estudio para analizar problemas como la esquizofrenia o el autismo que, aunque se suelen diagnosticar cuando la persona es joven (o en la niñez en el caso del autismo) su alteración se produce en el desarrollo embrionario.

Además, estos investigadores han dado un paso más para confirmar que los ‘minicerebros’ son funcionales y útiles para la investigación de enfermedades. Este paso lo dieron con la ayuda de neurólogos de la Universidad de Edimburgo (Escocia) y consistió en desarrollar ‘minicerebros’ con una patología. Para ello, utilizaron células iPS, o reprogramadas, procedentes de la piel de personas con microcefalia (un trastorno que genera un cerebro con un tamaño más pequeño de lo normal).

Lo que comprobaron es que estas células se convirtieron en neuronas que se especializaron demasiado pronto, es decir, los cerebros no se desarrollaron lo suficiente antes de esa especialización y su tamaño fue menor del que tenían los otros mini-cerebros, algo lógico ya que se trataban de personas con ese problema.

Zameel Cader, un neurólogo en el Hospital John Radcliffe, en Oxford (Reino Unido) ha declarado que se trata de «una investigación fascinante que amplía las posibilidades de la tecnología con células madre para comprender el desarrollo del cerebro, los mecanismos de las enfermedades y descubrir terapias».

Algo más excéptico se muestra Dean Burnnett, profesor de Psiquiatría de la Universidad de Cardiff, quien señala que «el cerebro humano es la cosa más compleja que conocemos en el universo, y tiene un número de conexiones e interacciones terriblemente elaboradas, ambas se dan entre sus numerosas subdivisiones y en el cuerpo en general. Decir que puedes replicar el trabajo del cerebro con un tejido en una placa de laboratorio es como inventar el primer abaco y decir que puedes utilizarlo para hacer funcionar la última versión de Windows; hay una conexión, pero hay un gran camino por recorrer hasta que se consigan aplicaciones».

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Neurocientíficos logran implantar falsos recuerdos en ratones

Investigadores del MIT demuestran que estas memorias irreales quedan grabadas de forma idéntica a las auténticas

Imagen de un ratón de laboratorio subida a Flickr Mrmin123 en Flickr

Madrid. (Europa Press).- En un paso más hacia la comprensión de cómo surgen las memorias defectuosas, neurocientíficos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT, en sus siglas en inglés), en Estados Unidos, han demostrado que pueden implantar falsos recuerdos en el cerebro de ratones. También encontraron que muchos de los rastros neurológicos de estos recuerdos son idénticos en su naturaleza a los de los recuerdos auténticos.

«Si se trata de una memoria falsa o verdadera, el mecanismo neuronal del cerebro que subyace a la recuperación de la memoria es el mismo», dice Susumu Tonegawa, profesor de Biología y Neurociencia del Instituto Picower del MIT y autor principal del artículo que describe los hallazgos en la edición de este jueves de Science.

El estudio proporciona una prueba más de que los recuerdos se almacenan en las redes de neuronas que forman huellas en la memoria de cada experiencia que tenemos, un fenómeno que el laboratorio de Tonegawa demostró el año pasado. Los neurocientíficos han buscado durante mucho tiempo la ubicación de estas huellas de la memoria, también llamados engramas.

En su par de estudios, Tonegawa y sus colegas del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria demostraron que podían identificar las células que forman parte de un engrama de una memoria específica y reactivarla usando una tecnología llamada optogenética.

Los recuerdos episódicos son fruto de asociaciones de varios elementos, los objetos, el espacio y el tiempo. Estas asociaciones son codificadas por cambios químicos y físicos en las neuronas, así como por modificaciones en las conexiones entre las neuronas. Cuánto tiempo residen estos engramas en el cerebro ha sido una cuestión planteada durante largo tiempo en la neurociencia.

«¿Es la información en varias partes del cerebro o hay un área particular del cerebro en la que se almacena este tipo de memoria? Esto ha sido una cuestión muy fundamental», plantea Tonegawa. En la década de 1940, el neurocirujano canadiense Wilder Penfield sugirió que los recuerdos episódicos están ubicados en el lóbulo temporal del cerebro, ya que cuando estimuló eléctricamente las células en los lóbulos temporales de los pacientes que estaban a punto de someterse a una cirugía para tratar las convulsiones epilépticas, los enfermos informaron de que los recuerdos específicos les vinieron a la mente.

Estudios posteriores del paciente amnésico conocido como HM confirmaron que el lóbulo temporal, incluyendo la zona conocida como el hipocampo, es fundamental para la formación de recuerdos episódicos. Sin embargo, estas investigaciones no prueban que los engramas se almacenan realmente en el hipocampo, destaca Tonegawa.

Los científicos necesitaban demostrar que la activación de grupos específicos de células del hipocampo son suficientes para producir y recuperar recuerdos, para lo cual el laboratorio de Tonegawa utilizó la optogenética, una nueva tecnología que permite activar o desacatirs células selectivamente usando la luz. Para este par de estudios, los investigadores diseñaron células del hipocampo de ratones para expresar el gen de canalrodopsina, una proteína que activa las neuronas cuando son estimuladas por la luz, además de modificar el gen de manera que canalrodopsina se produzca siempre con el gen c-fos, necesario para la formación de la memoria.

En el estudio del año pasado, los investigadores condicionaron a estos ratones para temer una cámara en particular mediante la entrega de un choque eléctrico leve. Como se formó este recuerdo, el gen c-fos se activó junto con el gen de ingeniería canalrodopsina. De esta manera, las células que codifican la huella de la memoria se «etiquetan» con las proteínas sensibles a la luz. Al día siguiente, cuando los ratones fueron puestos en una cámara diferente que nunca antes había visto, se comportaron con normalidad, pero cuando los investigadores les enviaron un pulso de luz en el hipocampo, estimulando las células de memoria marcadas con canalrodopsina, los ratones fueron presas del miedo cuando se reactivó su recuerdo del día anterior.

«En comparación con la mayoría de los estudios que tratan el cerebro como un cuadro negro al intentar acceder a él desde el exterior, estamos tratando de estudiar el cerebro de adentro hacia afuera –concreta Liu–. La tecnología que hemos desarrollado para este estudio nos permite diseccionar e incluso potencialmente intervenir en el proceso de la memoria mediante el control directo de las células del cerebro». Eso es exactamente lo que hicieron los investigadores en el nuevo estudio: explorar si podrían utilizar estos engramas reactivados para plantar falsos recuerdos en los cerebros de los ratones.

En primer lugar, colocaron a los ratones en una nueva cámara, A, pero sin ningún tipo de descarga y, cuando los roedores la exploraron, sus células de memoria se marcaron con canalrodopsina. al día siguiente, pusieron a los ratones se colocaron en una segunda cámara muy diferente, B, y después de un tiempo, se les dio un choque leve en el pie y en el mismo instante, los investigadores usaron la luz para activar las células que codifican la memoria de la cámara A. Al tercer día, los ratones fueron puestos de nuevo en la cámara A, donde ahora se quedaron paralizados, a pesar de que nunca habían sido sometidos a un ‘shock allí’. Actuó un falso recuerdo: los ratones temen la sala A por la memoria, porque cuando se les dio una descarga en la cámara B, estaban reviviendo el recuerdo de cuando estuvieron en la cámara A.

Por otra parte, esa falsa memoria parecía competir con una verdadera memoria de la cámara B, hallaron los investigadores. Estos ratones también se quedaron paralizados cuando se les colocó en la cámara B, pero no tanto como los ratones que habían recibido un choque en la cámara B sin tener la cámara A en la memoria activa. Luego, los investigadores mostraron que inmediatamente después de la retirada de los falsos recuerdos, los niveles de actividad de los nervios también fueron elevados en la amígdala, el centro del miedo en el cerebro que recibe información de la memoria del hipocampo, al igual que lo son cuando los ratones recuerdan un recuerdo genuino.

Neurocientíficos logran implantar falsos recuerdos en ratones.

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Las neuronas conectan entre ellas sin ayuda aunque sean cultivadas

Científicos descubren que son capaces de ordenarse, interconectarse y organizarse entre ellas y que tienen un comportamiento colectivo

Dibujo de neuronas realizado por Ramón y Cajal Archivo

Barcelona. (EFE).- Las neuronas cultivadas no necesitan ninguna ayuda biológica para ordenarse, interconectarse y organizarse entre ellas y tienen un comportamiento colectivo, sin ningún líder o guía de origen biológico, parecido al de la propagación de los rumores por las redes sociales. Esta es la conclusión de una investigación científica liderada por la Universidad de Barcelona (UB) y que ha sido publicada en la revista Nature Physics.

Los autores del trabajo han podido determinar el origen físico de este comportamiento colectivo, un fenómeno que explica los mecanismos que originan y caracterizan la actividad eléctrica espontánea de los tejidos neuronales, un aspecto de gran relevancia en neurociencia, según la UB.

El trabajo lo han llevado a cabo un equipo de investigadores catalanes de la UB encabezados por los doctores Jaume Casademunt y Jordi Soriano, junto con los investigadores Javier G. Orlandi y Sara Teller, con la colaboración del doctor Enrique Álvarez Lacalle, de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC). Los investigadores han definido los cultivos neuronales como «una orquesta sin director».

Según los investigadores, las redes neuronales cultivadas fuera de su entorno natural son un sistema modelo relativamente sencillo que aporta una herramienta de gran interés para estudiar el comportamiento colectivo de las neuronas. Estos cultivos se preparan a partir de neuronas en estadios tempranos de su desarrollo y, a los pocos días, las neuronas han formado espontáneamente una red de conexiones que presenta una rica actividad eléctrica.

Esta actividad se inicia con la emisión aleatoria y descoordinada de las neuronas individuales (lo que los científicos denominan como ruido) y evoluciona a un estado de actividad coherente en que todas las neuronas se activan de manera simultánea siguiendo un patrón que Jaime Casademunt, profesor del Departamento de Estructura y Constituyentes de Materia de la UB, califica de «sorprendentemente armónico».

«Emerge, así, de manera espontánea, un comportamiento perfectamente orquestado de miles de neuronas sin necesidad de un director de orquesta, es decir, sin ningún elemento coordinador diferenciado que actúe de líder», ha explicado el investigador.

Jordi Soriano, investigador Ramón y Cajal del mismo Departamento de la UB y pionero en la experimentación en cultivos neuronales en Cataluña, ha añadido que «este fenómeno estaría presente en todos los tejidos neuronales en estados tempranos de su desarrollo y puede ser clave en la hora de establecer las pautas de actividad espontánea de los diferentes tejidos neuronales, un aspecto de importancia capital en neurociencia».

Este estudio de patrones de comportamiento permite comprender cómo están programadas las neuronas como unidades elementales del sistema nervioso, y cuáles son las fuerzas primarias que rigen su comportamiento.Estas fuerzas definen la base sobre la que actúan los diferentes agentes biológicos que controlan el proceso de desarrollo del sistema nervioso en los organismos vivos.

El origen físico del fenómeno, que se produce por la combinación de la dinámica de excitación de las neuronas y las propiedades estadísticas de las redes de conexión, sugiere que también se puede aplicar al estudio de otros fenómenos colectivos similares en ámbitos muy diferentes como la generación y propagación de rumores en redes sociales.

Las neuronas conectan entre ellas sin ayuda aunque sean cultivadas.

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El bloqueo de una proteína puede aliviar la enfermedad de Huntington

Unos científicos descubren una molécula asociada a la destrucción de conexiones neuronales

Otro grupo relaciona la Corea con los procesos de limpieza de las células

La enfermedad de Huntington (que antiguamente se llamaba baile de San Vito) es una enfermedad sin cura. Se sabe perfectamente su causa: una mutación de un gen, lo que actualmente permite que los portadores no la transmitan a sus hijos si se someten a un proceso de fecundación asistida eligiendo previamente embriones sanos (lo que se conoce como diagnóstico genético preimplanacional). Pero para quienes ya han nacido con ella –aproximadamente cuatro de cada millón de personas- hay pocas expectativas. Por eso dos trabajos publicados recientemente que explican posibles mecanismos del proceso neurodegenerativo asociado (el primer paso para un tratamiento) son tan importantes para encontrar vías para frenar su desarrollo.

Uno de ellos, aparecido en Nature Medicine, describe el papel de una proteína, la GluN3A, que tiene como función destruir conexiones entre neuronas (lo que se conoce como sinapsis). En las fases de desarrollo del cerebro –hasta el final de la adolescencia- este papel es muy importante, ya que sirve para corregir errores. Pero en adultos casi desaparece. Lo que han visto en ratones investigadores del Centro de Investigación Médica Aplicada (CIMA) de Navarra es que en los animales con la enfermedad genética esta proteína se mantiene. La conclusión para un posible tratamiento es obvia: ensayar si en humanos es igual, ver si se puede bloquear la proteína y esperar así que los trastornos asociados, que en personas son mortales, se detienen o alivian.

El otro trabajo, publicado en otra revista del mismo grupo, Nature Chemical Biology, apunta a otro proceso. Los investigadores del Centro Taube-Koret Center para Investigación en Enfermedades Neurodegenerativas de Gladstone han descrito que en células de ratones enfermos se produce una acumulación de una proteína, la huntingtina, que acaba por inhabilitar las neuronas. Sería algo similar a lo que ocurre con el alzhéimer y las placas de proteína beta-amiloide o los ovillos de proteína tau. De hecho, el hallazgo se ha producido al investigar los procesos de limpieza celular que regulan la destrucción y eliminación de las sustancias que el organismo no necesita en un momento dado. En este caso, el apunte a un posible tratamiento sería reactivar este sistema de limpieza y reciclaje molecular.

El bloqueo de una proteína puede aliviar la enfermedad de Huntington | Sociedad | EL PAÍS.

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Gusanos decapitados regeneran su cerebro con los recuerdos dentro

Esa memoria persiste durante al menos catorce días, cuando la cabeza se recupera por completo. Este pequeño animal ofrece una oportunidad única para conocer cómo funciona el aprendizaje

SHOMRAT Y MICHAEL LEVIN La regeneración del cerebro en el gusano planaria

Un pequeño tipo de gusano plano o planaria es bien conocido en los laboratorios por su increíble capacidad para regenerar su cuerpodespués de sufrir cualquier tipo de mutilación. Recupera músculos, neuronas, la epidermis, los ojos, e incluso puede crear una nueva cabeza.Pero aún hay más. Un equipo de la Universidad de Tufts en Massachusetts (EE.UU.) ha comprobado que al animalito no solo le vuelve a surgir el cerebro tras una decapitación, sino también sus recuerdos a largo plazo. Para los investigadores, este gusano ofrece una oportunidad única para conocer cómo funciona la memoria y el aprendizaje.

Según explican en Journal of Experimental Biology, el equipo puso a prueba la memoria de los diminutos gusanos -miden entre dos y veinte milímetros- calculando cuánto tiempo les llevaba alcanzar la comida en un entorno controlado. Estos animales suelen evitar los espacios abiertos y las luces brillantes, pero habían sido entrenados en placas de Petri para ignorar esta circunstancia si querían encontrar comida. Incluso después de una decapitación, los planarias que habían recibido entrenamiento fueron capaces de superar sus aversiones naturales y comenzaron a comer mucho más rápido que aquellos otros que no habían sido aleccionados.

Esta memoria persiste durante al menos 14 días, el tiempo suficiente para que el cerebro pueda ser regenerado. Pero los recuerdos no llegaron instantáneamente. Cada gusano necesitó un pequeño empujón para recordar lo que sabía; una sola lección fue suficiente. Los científicos no tienen claro cómo este proceso de memoria ocurre exactamente. El cerebro de los gusanos controla su comportamiento, pero creen que algunos de sus recuerdos pueden quedar almacenados en alguna otra parte de su cuerpo. Por otro lado, es posible que cerebro original modificara el sistema nervioso del gusano, y a su vez que el sistema nervioso pueda haber alterado cómo el segundo cerebro se forma durante la regeneración.

A pesar de su aparente insignificancia, los gusanos planos tienen una anatomía compleja con alrededor de un millón de células. Viven en estanques de agua dulce y ríos de todo el mundo. Su genoma ha sido secuenciado, y su biología básica es bien conocida, por lo que es muy popular entre los investigadores.

El equipo cree que sus estudios pueden tener implicaciones importantes en el campo de la biomedicina, en los tratamientos con células madre derivados de los trastornos degenerativos del cerebro en los adultos humanos.

Gusanos decapitados regeneran su cerebro con los recuerdos dentro – ABC.es.

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El sistema «basura» de la enfermedad de Alzheimer

En un artículo publicado en la revista  Science, investigadores del Centro Médico de la Universidad de Rochester (EEUU) apuntan a un sistema recién descubierto por el cual el cerebro elimina los desechos como una potencial nueva herramienta para el tratamiento de trastornos neurológicos, como la enfermedad de Alzheimer. De hecho, los científicos creen que algunas de estas condiciones pueden surgir cuando el sistema no está haciendo su trabajo correctamente.

«En esencia, todas las enfermedades neurodegenerativas se asocian con la acumulación de productos de desecho de las células», dijo Maiken Nedergaard, autor del artículo. «La comprensión y, finalmente, descubrir la forma de modular el sistema del cerebro para eliminar los residuos tóxicos podría apuntar a nuevas formas de tratar estas enfermedades», añade.

La compleja red de eliminación de residuos, que los investigadores han denominado sistema ‘glymphatic’, fue descrita por primera vez por estos mismos científicos el pasado mes de agosto en la revista Science Translational Medicine. La eliminación de los residuos es una función biológica esencial y el sistema linfático, una red circulatoria de órganos y vasos sanguíneos, realiza esta tarea en la mayor parte del cuerpo, pero no se extiende al cerebro.

Reciclaje

Por ello, los investigadores no han comprendido completamente lo que hace el cerebro con sus propios residuos y algunos científicos han especulado con que estos subproductos de la función celular son donde, de alguna manera, se «reciclan» las células del cerebro. Una de las razones por las cuales el sistema ‘glymphatic’ no se había comprendido es que no se puede detectar en muestras de tejido cerebral.

La clave para descubrir y comprender el sistema fue la llegada de una nueva tecnología de imágenes llamada microscopía de dos fotones, que permite a los científicos observar profundamente dentro del cerebro vivo. Utilizando esta tecnología en ratones, cuyos cerebros son muy similares a los humanos, Nedergaard y sus colegas fueron capaces de observar y documentar lo que equivale a un sistema de tuberías extenso y desconocido hasta ahora responsable del lavado de residuos de todo el cerebro.

El cerebro está rodeado por una membrana llamada aracnoides y bañado en el líquido cefalorraquídeo (LCR), que fluye en el interior del cerebro a través de las mismas vías que las arterias que transportan la sangre. Este sistema paralelo es similar a un tubo en forma de anillo dentro de un tubo, con el anillo interior que transporta la sangre y el anillo exterior llevando LCR. El LCR es captado por el tejido cerebral a través de un sistema de conductos que están controlados por un tipo de células de apoyo en el cerebro conocidas como glía, en este caso los astrocitos. El término glymphatic fue acuñado mediante la combinación de las palabras glía y linfático.

El LCR se vacía a través del tejido del cerebro a una velocidad alta barriendo el exceso de proteínas y otros residuos. El fluido y los residuos se intercambian con un sistema similar que es paralelo a las venas que lleva los residuos fuera del cerebro y la columna vertebral donde se transfieren finalmente al sistema linfático y desde allí hasta el hígado, donde se descomponen en última instancia hacia abajo.

Si bien el descubrimiento del sistema glymphatic ha resuelto un misterio que había desconcertado durante mucho tiempo a la comunidad científica, la comprensión de cómo el cerebro elimina los desechos, de manera eficaz y lo que ocurre cuando este sistema falla, tiene implicaciones importantes para el tratamiento de trastornos neurológicos.

Betamiloide

Una de las características de la enfermedad de Alzheimer es la acumulación en el cerebro de la proteína betamiloide. De hecho, con el tiempo estas proteínas se acumulan con tal densidad que se pueden observar en forma de placas en las exploraciones del cerebro. Comprender el papel que juega el sistema glymphatic en la incapacidad del cerebro para descomponer y eliminar la betamiloide podría señalar el camino a nuevos tratamientos. En concreto, unos «actores» clave en el sistema glymphatic, como los astrocitos, se pueden manipular hasta la eliminación de los residuos.

«La idea de que las enfermedades de ‘cerebro sucio’ como el alzhéimer pueden ser consecuencia de una ralentización del sistema glymphatic a medida que envejecemos es una nueva forma de pensar sobre los trastornos neurológicos. También nos presenta un nuevo conjunto de objetivos para aumentar potencialmente la eficiencia del sistema glymphatic y, en última instancia, cambiar el curso de estas condiciones», concluye.

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Neuronas en animales con lesión medular «crecen» tras un trasplante neuronal

Científicos estadounidenses afirman haber logrado avances en la reparación de lesiones de la médula espinal en ratas parapléjicas. Las ratas, según el estudio publicado en Journal of Neuroscience,recuperaron parte control de la vejiga después de tratamiento basado en un trasplante de células nerviosas en la médula espinal, combinado con inyecciones de un cóctel de sustancias químicas. Los resultados son una nueva esperanza para todas las personas parapléjicas, aunque los investigadores se muestran cautos y señalan que aún faltan años antes de poder considerar los ensayos clínicos en humanos.

Durante décadas los investigadores han tratado de utilizar los trasplantes de células nerviosas para restablecer la función motora en animales con lesión medular. Sin embargo, resulta muy complicado convencer a las células que se desarrollen y formen nuevas conexiones neuronales. Y uno de los mayores problemas parece ser el crecimiento del tejido cicatrizal, que parece bloquear la regeneración celular.

Lo que ha hecho el equipo de Jerry Silver, de la Escuela de Medicina Case Western Reserve (EEUU) es trasplantar neuronas en el centro de la médula espinal de los animales lesionados. También utilizaron un «pegamento» especial que promueve el crecimiento celular, junto con un producto químico que descompone el tejido de la cicatriz en un intento de estimular las células nerviosas para que se regeneraran y conectaran entre sí.

Y, afortunadamente, los investigadores vieron por primera vez que las células nerviosas lesionadas podrían volver a crecer en «largas distancias» (aproximadamente 2 cm). Y, a pesar de que los animales no recuperaron su capacidad de caminar, si recuperaron parte de su función de la vejiga.

Restablecer funciones

«Esta es la primera vez que se logra reestablecer la función de la a través de la regeneración de nervios después de una devastadora lesión medular», señala Yu-Shang Lee, otro de los autores.

Los hallazgos podrían ayudar a restaurar otras funciones perdidas después de este tipo de lesiones y plantean la esperanza de que estrategias similares podrían algún día ser utilizadas para restaurar la función de la vejiga en personas con lesiones medulares graves.

Silver afirmó a la BBC que si estos datos se pueden demostrar en un animal más grande «no veo ninguna razón por la que no podemos pasar cuanto antes a humanos».

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Así se construyó el cerebro en 3D – BBC

Un grupo de científicos creó el primer modelo digital en 3D y de alta resolución de un cerebro humano, que han denominado el Gran Cerebro.

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El modelo se acaba de publicar en la revista especializada Science y será de libre acceso para los neurocientíficos de todo el mundo, para ayudar a la investigación.

Vea en el video cómo fue el proceso de su creación y lea aquí más detalles.

Así se construyó el cerebro en 3D – BBC Mundo – Video y Fotos.

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06/25/2013 · 09:48

El conectoma, el genoma humano del cerebro

Los científicos intentan obtener el mapa de conexiones neuronales, un gran hito para la ciencia

Imagen que reproduce las conexiones neuronales del cerebro humano / GYI

Imagen que reproduce las conexiones neuronales del cerebro humano / GYI

Descifrar el genoma humano, hito que consiguió en 2003 un consorcio internacional de científicos, supuso un gran paso para la ciencia. Era la culminación de un proyecto mastodóntico iniciado 13 años antes. Aunque todavía no se han logrado predecir, diagnosticar y tratar muchas de las enfermedades actuales, la medicina se transformó como nunca gracias a aquel hallazgo.

Pero lo que está por venir supera con creces el hecho de haber descifrado lo que muchos convinieron en tildar como El árbol de la vida. Estamos hablando de determinar, ni más ni menos, el mapa completo de las conexiones del cerebro: el conectoma. “Es algo mucho más complicado, sin duda. No tiene punto de comparación”, señala a LaVanguardia.com Javier de Felipe, investigador del CSIC que actualmente desarrolla su actividad en el laboratorio Cajal de Circuitos Corticales (UPM). “Estamos hablando de miles de millones de neuronas y de billones de conexiones, con sus correspondientes combinaciones”, añade.

A día de hoy, existe una especie de carrera entre Europa y Estados Unidos para ver quién consigue mapear antes los circuitos neuronales del cerebro humano. Por una parte está el Human Brain Project: una iniciativa gigantesca europea, que cuenta con 1.000 millones de euros de presupuesto y una duración de 10 años, que persigue crear simulaciones detalladas del cerebro basándose en datos reales; y por otra estaría el BRAIN: un proyecto norteamericano, en el que participa el científico español Rafael Yuste, que tiene por objetivo crear (con un presupuesto de 100 millones de dólares el primer año) el mapa del cerebro humano para ayudar en un futuro a curar enfermedades como el Alzheimer o la epilepsia. Y es que ahora los científicos saben que muchas enfermedades psiquiátricas, como el autismo o la esquizofrenia, son conectopatías, enfermedades en las que el cableado del cerebro es anómalo.

Ambos proyectos, tanto el europeo como el norteamericano, tienen puntos en común, “aunque son diferentes”, apunta Mara Dierssen, neurobióloga del Centro de Regulación Genómica de Barcelona (CRG). “En el europeo, la idea es aplicar las ciencias de la tecnología y la información a la investigación en neurociencia. El proyecto norteamericano, sin embargo, recuerda más al del genoma humano: mapeo de todas las neuronas del cerebro”, agrega.

La industria de la computación está muy interesada en todo este tipo de proyectos. Y es que el cerebro humano funciona con una potencia de tan sólo 12 vatios, frente a los miles de vatios que requieren, por ejemplo, los superordenadores para trabajar. Sin ir más lejos, cada uno de los 90 servidores de la supercomputadora de IBM Watson –un sistema informático de inteligencia artificial capaz de responder a preguntas formuladas en lenguaje natural- requiere de 1.000 vatios para funcionar. “No es que nuestro cerebro sea más capaz que una supercomputadora, sino que utiliza ‘trucos’ matemáticos, es decir, algoritmos matemáticos que todavía desconocemos”, esgrime De Felipe, máximo responsable de una de las divisiones, la molecular y celular, del Human Brain Project.

“Nuestro cerebro tiene una información incompleta del mundo por lo que tiene que hacer una estimación estadística del estado probable de éste y de los presumibles resultados de sus acciones o decisiones. Podríamos definir el cerebro como un inmenso procesador matemático que resuelve esta cuestión de una forma increíble. Es por eso que no sólo queremos conocer su diseño, sino cuáles son también los algoritmos que utiliza para percibir el mundo”, remata.

El conectoma y el sinaptoma

Hay varios niveles de análisis del cerebro: uno macroscópico -por ejemplo, a través de resonancias magnéticas- y otro intermedio -en el que se utiliza un microscopio óptico y se trabaja en micras- que supondrían mapas de conexiones que quedarían definidos bajo el término conectoma. Pero todavía hay un tercero más complejo, que es el mapa a nivel ultraestructural de las conexiones sinápticas de las neuronas, que sería lo que se conoce como sinaptoma. Para De Felipe, “descifrar el sinaptoma es imposible dadas las dimensiones del cerebro”.

Utilizando una analogía, identificar las autopistas que vertebran un territorio podría equivaler al conectoma, mientras que conocer las salidas que tiene cada una de ellas, saber a qué poblaciones llevan y averiguar, además, en cuál de éstas vive el Sr. ‘X’ (calle, edificio y piso de residencia incluidos) sería el equivalente al sinaptoma. A través de este ejemplo, es fácil determinar el diferente grado de dificultad a la hora de descifrar uno u otro mapa de conexiones.

Hasta ahora se conoce un solo conectoma: el de un nematodo (gusano cilíndrico) llamado Caenorhabditis Elegans. Su modesto sistema nervioso consta de sólo 300 neuronas. En las décadas de 1970 y 1980 un equipo de investigadores trazó el mapa de sus 7.000 conexiones interneuronales, es decir, su conectoma. Obviamente, el del ser humano es mucho más complejo y es que tiene más de 100 mil millones de neuronas y 10 mil veces más de conexiones.

Posible utilidad práctica

“Si no conocemos cómo está organizado el cerebro, es prácticamente imposible conocer cómo se altera por la acción de las diversas enfermedades que le afectan y por tanto se hace muy difícil combatirlas de forma efectiva”. Esta reflexión del neurocientífico Javier de Felipe es muy ilustrativa de lo que persiguen proyectos como los del Human Brain Project, el BRAIN o incluso el Cajal Blue Brain, otra de las iniciativas en las que está involucrado este investigador del CSIC.

El Cajal Blue Brain está intentando descifrar la estructura de un pequeño fragmento de corteza cerebral para poder así hacer simulaciones muy reales de cómo ésta funciona. “Sabríamos cómo afecta un fármaco al cerebro mediante una simulación. Podríamos analizar millones de posibles cambios y hacer experimentos a través de esta simulación. Es la misma idea que persigue el ‘Human Brain Project’”

A pesar de las expectativas que han levantado estos proyectos, parte de la comunidad científica ha mostrado sus dudas con respecto a poder llegar a comprender, algún día, el cerebro humano. “Eso es absurdo”, asegura De Felipe. “No hay nada que nos pueda parar en el estudio del cerebro”, sentencia.

La utilidad de una simulación completa del cerebro también ha sido puesta en tela de juicio por algunos científicos. “Los modelos computacionales, por ahora, también tienen sus limitaciones”, recuerda Dierssen. “Necesitas datos sólidos. Además, la información que vas obteniendo va cambiando a lo largo del tiempo y de forma importante. O sea, que se están haciendo modelos de algo que cambia de forma muy dinámica”.

Otro de los problemas en los que se sustenta la desconfianza mostrada por algunos de los investigadores radica en el hecho de que «se ha sobredimensionado un poco la posible aplicabilidad de estos proyectos diciendo por ejemplo que se podrán imitar ‘in silico’ [por ordenador] patologías tan complejas como el Alzheimer», explica Dierssen. Esta neurobióloga del CRG se muestra convencida de que estas investigaciones “permitirán avances conceptuales que al final se traducirán en un beneficio para los ciudadanos”, pero piensa que es muy importante moderar el mensaje para evitar “confusión y frustración entre la gente”.

Algún anuncio en 2013

Aunque estos proyectos, como es el europeo, trabajan a años vista, la revista Science ya ha anunciado que para este 2013 se podría hacer público algún avance notable en el campo del conectoma. Habrá que esperar para ver qué nos va a ir deparando la ciencia en este terreno, pero todo parece indicar que serán progresos que podrían cambiar los esquemas actuales de la neurociencia.

El conectoma, el genoma humano del cerebro.

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Identifican una diana para prevenir la epilepsia – abc.es

GUMEI LIU AND JAMES MCNAMARA

Científicos de la Universidad de Duke (EE.UU.) han identificado un receptor en el sistema nervioso que puede ser la clave para la prevención de la epilepsia después de un periodo prolongado de convulsiones. Los hallazgos, publicados en Neuron, presentan una nueva diana molecular para el desarrollo de medicamentos capaces de prevenir la aparición de la epilepsia, y no sólo para controlar los síntomas de la enfermedad.

Actualmente no existen terapias preventivas para muchos trastornos frecuente del sistema nervioso, como la enfermedad de Alzheimer, el párkinson, la esquizofrenia o la epilepsia. La epilepsia, explica el autor de la investigación, James O. McNamara, es un trastorno neurológico grave caracterizado por convulsiones recurrentes. De todas sus variantes, la epilepsia del lóbulo temporal, caracterizada por ataques en la región del cerebro donde se almacenan los recuerdos, el lenguaje, las emociones y los sentidos son procesados, es la forma más común y puede ser devastadora. Dado que los individuos afectados tienen convulsiones que afectan su conciencia y pueden tener problemas de conducta asociados, dificulta sus actividades cotidianas, incluyendo su labor en un puesto de trabajo o la obtención de una licencia de conducir

Hasta ahora, los tratamientos convencionales para la epilepsia tratan los síntomas de la enfermedad, con el objetivo de reducir la probabilidad de sufrir una convulsión. Sin embargo, muchas personas con epilepsia del lóbulo temporal siguen teniendo convulsiones a pesar de tomar estos medicamentos. «Este estudio abre una nueva vía de investigación prometedora en los tratamientos que pueden prevenir el desarrollo de la epilepsia», señala Vicky Whittemore, directora de programa en el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares.

Convulsiones

Se sabe que las personas con epilepsia del lóbulo temporal tienen inicialmente un episodio de convulsiones prolongadas, conocido como estado epiléptico, que a menudo es seguido por un periodo libre de crisis de recuperación antes de la gente empiece a experimentar convulsiones recurrentes del lóbulo temporal.

En animales sanos ya se ha visto la inducción de un estado epiléptico puede hacer que sea epiléptico. Por tanto, las convulsiones prolongadas se cree que causan o contribuyen de forma importante al desarrollo de la epilepsia en seres humanos. «Un objetivo importante de este campo ha sido el de identificar elmecanismo molecular por el cual el estado epiléptico transforma un cerebro normal en epiléptico -dijo McNamara-. La comprensión de este mecanismo en términos moleculares sería proporcionar un objetivo con el que se podría intervenir farmacológicamente, tal vez para evitar que un individuo se convierta en epiléptico».

Investigaciones previas había definido el papel de un receptor del sistema nervioso, TrkB; se cree que es clave en la transformación del cerebro de normal a epiléptico. En este trabajo, el equipo de McNamara ha tratado de confirmar si TrkB era importante para el estado de la epilepsia inducida.

Mediante el uso de un enfoque que combina la química y análisis genéticos, los investigadores estudiaron ratones normales y alterados genéticamente. En estos últimos, un fármaco, 1NMPP1, inhibió TrkB en sus cerebros y si se retiró el fármaco, los ratones genéticamente alterados se convertían en epilépticos, lo que demuestra que la inhibición de TrkB impide el inicio de la epilepsia. Cuando los científicos generaron el estado epiléptico en los animales, tanto los normales como los modificados genéticamente desarrollaron epilepsia. Sin embargo, el tratamiento con 1NMPP1 después de un periodo prolongado de convulsiones impidió la epilepsia en los alterados genéticamente, pero no en los ratones normales. «Esto demostró que es posible intervenir en el siguiente estado de mal epiléptico y evitar que el animal se convierta en epiléptico», afirmó McNamara.

Un dato relevante del trabajo es que el tratamiento con 1NMPP1 solamente se administró durante dos semanas, periodo suficiente para impedir el desarrollo de la epilepsia en los ratones cuando se analizó varias semanas más tarde.

No terapia crónica

Los resultados sugieren que sólo haría falta una terapia preventiva durante un periodo de tiempo limitado una vez que aparecen las convulsiones prolongadas, no durante toda la vida del individuo, lo que podría evitar efectos secundarios innecesarios que aparecen con el uso a largo plazo de medicamentos.

En el futuro, los investigadores esperan determinar la ventana de tiempo exacta en la que TrkB debe ser reprimido para prevenir la aparición de la epilepsia. A largo plazo, esta investigación proporciona unadiana molecular para el desarrollo de los primeros fármacos para prevenir la epilepsia.

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Ven por primera vez cómo se forma un recuerdo en el cerebro

Una nueva técnica permite observar cómo se modifican las conexiones entre las neuronas cuando se almacena información, en un experimento con ratones

DON ARNOLD
Los puntos rojos y verdes muestran las sinapsis a lo largo de las ramificaciones (dendritas) que salen de la neurona

Descifrar el sistema más complejo descubierto hasta ahora en el universo, que no es otro que el cerebro, se ha convertido en una prioridad en Estados Unidos. El pasado mes abril el presidente Obama anunció que destinaría 100 millones de dólares al proyecto Brain,que pretende dar a los neurocientíficos “las herramientas necesarias para entender mejor cómo pensamos, aprendemos y recordamos”.

Esas herramientas a las que se refería Obama, capaces de arrojar luz en los misterios del cerebro, han experimentado un auge sin precedentes en los últimos años. Entre las últimas aportaciones están la optogenética, que permite activar y desactivar grupos de neuronas por medio de la luz y obtener así una visión dinámica del cerebro en funcionamiento. Otra, dada a conocer hace apenas 3 meses, denominada Clarity, permite hacer transparente el cerebro para observar con mayor detalle todas sus estructuras, hasta el nivel molecular incluso, después marcarlas con moléculas que las confieren diferentes colores.

En esta línea de hacer más accesible el cerebro para desentrañar todos sus secretos, un grupo de investigadores de la Universidad del Sur de California (Los Ángeles) ha puesto a punto una nueva técnica para ver las estructuras donde tiene lugar la formación de los recuerdos en un cerebro vivo, según publica el último número de la revista Neuron. Esas estructuras son las sinapsis o puntos de comunicación entre las neuronas. Situadas en las dendritas, o ramificaciónes, de las neuronas, las sinapsis son dinámicas, y van cambiando en función de las actividades que realizamos o incluso a lo largo del día.

Para observar estos cambios “en directo” el equipo de la Universidad de California, dirigido por Don Arnold Richard Roberts, ha diseñado sondas microscópicas que “iluminan” en tiempo real las sinapsis en las neuronas vivas, gracias a que se unen a una proteína verde fluorescente, llamada GFP, aislada de medusas. Estos marcadores fluorescentes se unen también a dos proteínas localizadas en las sinapsis (gefirina y PSD-95) sin afectar al funcionamiento de las células nerviosas. Otra ventaja de estas sondas es que se pueden poner en el cerebro de ratones vivos y verse después a través de orificios craneales con microscopía de dos fotones.

Marcadores fluorescentes

Gracias a estos marcadores fluorescentes, los investigadores han podido observar en vivo por primera vez las sinapsis inhibitorias (que impiden la transmisión de información) y excitatorias (que promueven la comunicación entre las células nerviosas) y, sobre todo, cómo cambian estas estructuras a medida que se forman los nuevos recuerdos.

Las sinapsis aparecen como puntos brillantes a lo largo de las dendritas, las «ramas» de una neurona que transmiten señales electroquímicas. A medida que el cerebro procesa la nueva información esos puntos brillantes cambian, lo que indica visualmente cómo las sinapsis se modifican con los nuevos datos. «Cuando se forma un recuerdo o cuando aprendemos algo, se producen cambios físicos en el cerebro. Y lo que se modifica es precisamente la distribución de las conexiones sinápticas», señala Arnold.

Los investigadores creen que esta técnica será útil para estudiar en vivo cómo se fortalecen las sinápsis, es decir, cómo se forma recuerdos de forma duradera. “La capacidad de visualizar las proteínas del interior de las neuronas vivas proporciona un medio poderoso para examinar la función y la estructura neuronal. En nuestro trabajo generamos proteínas recombinantes parecidas a anticuerpos, denominadas intracuerpos de fibronectina, mediante la técnica mRNA display (FingRs)”, explican los autores en Neuron. Estos intracuerpos se unen también a la proteína fluorescente GFP, permitiendo así ver la sinapsis en tiempo real y en cerebros vivos.

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En el cerebro nacen cada día muchas más neuronas de las que se pensaba

Las pruebas nucleares de los años 60 han permitido determinarlo gracias al carbono-14, según publica «Cell»

CELL, SPALDING ET AL.
El característico hongo de las pruebas nucleares adopta en esta ocasión una forma semejante a un cerebro, sobre el que se resalta una estructura que semeja el hipocampo humano

Hace cincuenta años, tras la crisis de los misiles en Cuba en octubre de 1962, se acordó limitar las pruebas nucleares. La preocupación en la opinión pública por la escalada del armamento y los ensayos nucleares, obligaron a los gobiernos de Estados Unidos, Reino Unido y la Unión Soviética a firmar al año siguiente el Tratado de Prohibición Parcial de Pruebas Nucleares, aunque Francia y China continuaron realizándolas. Éste prohibía los ensayos en la atmósfera, bajo el agua y en el espacio, permitiendo sólo los subterráneos.

Como consecuencia de estas detonaciones, los niveles de carbono—14, una forma no radiactiva de ese elemento, crecieron en la atmósferapara descender posteriormente a partir de 1963, a niveles cercanos a los habituales. Con los alimentos, el organismo absorbe grandes cantidades de carbono contenido en los vegetales y animales y es utilizado posteriormente a medida que nacen nuevas células de las que pasa a formar parte.

Un grupo de investigadores del Instituto Karolinska de Estocolmo (Suecia), en el que participa Jonas Frisén, ha podido comprobar quelas mismas concentraciones de este carbono pesado encontradas por aquellos años en el aire, se reflejan en las largas cadenas del ADN de las células del cerebro y gracias a ello han podido arrojar luz sobre un tema pendiente en neurociencia, el del nacimiento de nuevas neuronas en el cerebro adulto. El estudio se ha publicado en el último número de la revista Cell.

Arqueología cerebral

De este modo, las neuronas nacidas en los años cuarenta y cincuentahan sido datadas de igual modo que los arqueólogos fechan sus hallazgos. Midiendo la concentración en el hipocampo —la región cerebral asociada a los procesos del aprendizaje y la memoria—, de muestras de tejido procedente de personas fallecidas, los investigadores han encontrado que más de una tercera parte de estas células son renovadas a lo largo de la vida. Se ha estimado que alrededor de 1.400 neuronas nuevas se incorporan cada día durante la edad adulta en el hipocampo, un ritmo que apenas decrece con la edad.

«Durante mucho tiempo se pensó que el hombre nacía con un número determinado de neuronas y que no se formaba ninguna nueva después del nacimiento», explica Frisén. Experimentos llevado a cabo hace 15 años con bromodeoxiuridina, una sustancia química que ya no se utiliza para estudios con personas, dejaron claro que sí había neurogénesis en el cerebro adulto, como habían sugerido trabajos previos, pero no zanjaron la polémica existente en este controvertido tema entre la comunidad neurocientífica.

Ésta «es la primera evidencia de que hay una sustancial neurogénesis en humanos a lo largo de su vida adulta, lo cual apunta a que esas nuevas neuronas contribuyen al funcionamiento del cerebro», destaca Frisén.

«Aún a falta de analizar en profundidad las ventajas o desventajas de su modelización matemática, y sobre las que habrá que tener la debida cautela, los hallazgos de Spalding y colaboradores demuestran queexiste en el hipocampo humano adulto una tasa de neurogénesis muy superior a la sospechada hasta ahora, que es similar en cantidad en hombres y mujeres, y que estas nuevas neuronas tienen en el ser humano una vida media de alrededor de 7 años, la mitad de la de las neuronas que nacieron durante el desarrollo cerebral. Pero lo más importante de todo es que la tasa de neurogénesis adulta declina durante la vida del individuo mucho más despacio que en roedores. Así, mientras que en los ratones de laboratorio la tasa de neurogénesis decae a la décima parte del nivel de la neurogénesis inicial a los 9 meses de vida del roedor, que suele vivir una media de dos años, en el ser humano esta tasa sólo decae al 25 % en toda la vida, como se ha visto ya que se examinaron cerebros de sujetos de hasta 92 años», explica José Luis Trejo, responsable del grupo de Neurogénesis Adulta del Instituto Cajal-CSIC.

¿Para qué sirven las nuevas neuronas?

Debido a que el proceso es similar en los roedores, la neurogénesis en humanos podría jugar el mismo papel que en aquellos, donde se ha demostrado que las neuronas recién incorporadas influyen en los procesos cognitivos y los desórdenes mentales. «Desde hace tiempo se sospecha que la depresión está relacionada con una menor neurogénesis en el hipocampo. Nuestros hallazgos podrían abrir el camino para desarrollar antidepresivos más efectivos una vez se comprenda a fondo todo el proceso», apunta Frisén.

Uno de los interrogantes que hoy persisten es la función que realizan las neuronas nuevas en el cerebro. Según explica José Luis Trejo, en los últimos 25 años se ha acumulado evidencia de que las neuronas inmaduras nacidas en el cerebro adulto cumplen una función importante para los circuitos neurales relacionada con el aprendizaje, memoria y respuesta a un medio ambiente en constante cambio. Incluso un reciente estudio publicado el mes pasado en Science, apunta que una parte importante de las diferencias en la personalidad podría deberse a estas nuevas neuronas.

«Aquellos científicos reticentes a considerar relevante la neurogénesis humana adulta siguen teniendo razón en una sola cosa: los modelos matemáticos utilizados hasta la fecha no han sabido descubrir aún para qué sirven, en última instancia, estas nuevas neuronas en el hombre, pero a partir de este estudio, no podremos volver a decir que la neurogénesis adulta en humanos es una reminiscencia filogénica», opina Trejo.

Y es que, explica el investigador del Cajal, en la escala filogenética, a medida que se asciende en las escala evolutiva, cada etapa tiene menos neurogénesis, lo que dio pie a que, en la década de los ochenta, muchos científicos de prestigio, ante las enormes evidencias de que existía neurogénesis en el cerebro adulto de los mamíferos, cuestionaran si esas nuevas neuronas servían para algo.

En el cerebro nacen cada día muchas más neuronas de las que se pensaba – ABC.es.

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National Geographic explora el cerebro humano

‘Brain Games’ se ha estrenado en EE UU con 15 millones de espectadores

La serie llegará a España el próximo otoño

National Geographic Channel se adentra en el tema en el cerebro humano, del que se cree que solo se utiliza el 3% de su capacidad, en la serie Brain Games, uno de sus títulos de cabecera que, en Estados Unidos, ha alcanzado en su estreno la cifra récord de los 15 millones de espectadores. El presentador de origen venezolano Jason Silva es el encargado de invitar a los espectadores a poner a prueba su cerebro en esta serie, que llegará a España el próximo otoño, según ha anunciado la cadena en un comunicado.

“El estreno de “Brain Games” y estos especiales investigan cómo trabajan realmente nuestros cerebros y nuestros cuerpos, y todo se demuestra usando experimentos mentales y trucos interactivos para engañar al ojo humano y desconcertar a nuestros sentidos. Estos programas contarán con revelaciones extraordinarias, humor y también muchísima ciencia”, afirma Hamish Mykura, vicepresidente ejecutivo y responsable internacional de contenidos de NGCI

El canal prepara para la próxima temporada tres producciones especiales que abordarán el tema del cerebro desde distintos puntos de vista y que se emitirán junto al estreno de Brain games: Ape manresaltará todo lo que compartimos con nuestros “primos” los primates; Blow your mind demostrará hasta que punto nos gobierna el inconsciente y “CardShark” ejercitará los mecanismos de la memoria a través de un juego de cartas.

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La mosca del vinagre contra las enfermedades neurodegenerativas

Una estrategia genética basada en la ‘Drosophila Melanogaster’ define dianas terapéuticas prometedoras

Los ojos de la Drosophila se han utilizado en esta investigación. / KAGE-MIKROFOTOGRAFIE (CORBIS)

Las enfermedades neurodegenerativas –el Huntington, el alzhéimer, el párkinson o la ataxia espinocerebelar— se caracterizan por la acumulación de proteínas tóxicas en las neuronas. Los científicos del Baylor College of Medicine en Houston, Tejas, han utilizado ahora una ingeniosa estrategia genética para identificar (primero en la mosca Drosophila, después en ratones y células humanas) los componentes que causan esa acumulación, y han comprobado que actuar con pequeñas moléculas contra ellos revierte la neurodegeneración en modelos animales de ataxia espinocerebelar.

El envejecimiento de la población en los países desarrollados está convirtiendo las enfermedades neurodegenerativas en una de las cuestiones más acuciantes para los gestores de la salud pública, y esta tendencia solo puede acentuarse con el tiempo y extenderse por las economías emergentes.

En los últimos años los científicos han identificado un buen número de genes implicados en las principales enfermedades neurológicas, incluidas las neurodegenerativas que suelen aparecer en la segunda mitad de la vida. Algunos de estos genes, en su forma mutante o alterada, fabrican cantidades excesivas –o unas versiones excesivamente resistentes— de las proteínas que se acumulan en las neuronas enfermas: huntingtina en caso del Huntington; synucleína alfa en el caso del párkinson, y otras llamadas tau y precursor del amiloide, ambas implicadas en el alzhéimer.

Pese a que estas dolencias cursan con síntomas muy distintos y se asocian a factores genéticos diversos, todas comparten un mismo mecanismo patogénico: la acumulación anormal de esas proteínas tóxicas en las neuronas del paciente.

Los científicos del Baylor College han diseñado de arriba a abajo una estrategia para encontrar lo que ellos llaman “puntos de entrada terapéuticos” contra estas enfermedades neurodegenerativas. Han utilizado la poderosa genética de la mosca Drosophila melanogasterpara rastrear el genoma en busca de cualquier otro sistema biológico que afecte al grado de acumulación de esas proteínas tóxicas. Y han trabajado en paralelo con ratones y células humanas, cuyos sistemas no son, naturalmente, idénticos a los de la mosca, pero sí lo bastante como para avanzar mucho más rápido que si hubiera que empezar desde cero con ellos.

Uno de los autores del trabajo, y uno de los pioneros en la aplicación de la mosca al estudio de la neurodegeneración humana, es Juan Botas, formado en Madrid como genetista de Drosophila e investigador, desde hace 20 años, del departamento de genética humana y molecular del Baylor College of Medicine. Botas explica a EL PAÍS desde Tokio la razón que movió al equipo de Houston a elegir la ataxia espinocerebelar (SCA1 en sus siglas técnicas) como caso de estudio, en lugar de alguna de las otras dolencias más comunes.

“SCA1 es una enfermedad neurodegenerativa de incidencia relativamente baja si la comparamos con el alzhéimer o el párkinson”, explica el científico español. “Por ello no recibe tanta atención investigadora como estas otras, y particularmente nada del sector privado, pero es igualmente terrible y, al igual que las otras, tampoco tiene tratamiento; pese a ello hemos aprendido de SCA1 conceptos generalizables a otras enfermedades neurodegenerativas; y naturalmente SCA1 lo es todo para los pacientes y sus familias, que están muy desamparados”.

El descubrimiento concreto que ha merecido hoy el artículo principal de la revista Nature puede sonar algo abstruso al lector general. “Nuestro trabajo”, explica Botas, “descubre dianas terapéuticas de la vía Ras-MSK1, e incluso disponemos de inhibidores conocidos para algunas de ellas”. Esa vía Ras-MSK1 es uno de los muchos, complejos e intrincados sistemas que nuestras células –neuronas y todas las demás— utilizan para comunicarse con el entorno fisiológico y las células vecinas. Y esos inhibidores son los que han logrado revertir la neurodegeneración en los modelos animales de SCA1 que han usado los investigadores.

“Pienso que lo importante”, prosigue Botas, “es que la estrategia –buscar modificadores que disminuyan los niveles de la proteína tóxica que desencadena la enfermedad— es aplicable a muchas otras enfermedades neurodegenerativas incluyendo el alzhéimer, el párkinson y el Huntington; y que podemos hacer esto utilizando el mismo abordaje de rastreos paralelos en Drosophila y células humanas, con lo que ganamos confianza y disminuimos los inconvenientes que pueda tener un sistema o el otro por separado”.

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La nueva biblia de la Psiquiatría nace con polémica

  • Críticas de los investigadores al rigor de la quinta edición del DSM
  • Tras dos décadas sin tocar, el nuevo DSM se presenta el 18 de mayo
  • A dos semanas, los Institutos de Salud de EE UU se han desvinculado
  • Uno de los objetivos frustrados del manual era hallar biomarcadores

El próximo 18 de mayo a las siete de la mañana, hora de la costa este de los EEUU, se descubrirán los detalles de la última y quinta edición del gran ‘best-seller’ de la Psiquiatría, el manual diagnóstico y estadístico de los trastornos mentales (DSM, por sus siglas en inglés). El DSM, que llevaba casi dos decenios sin renovarse, es el libro en el que los psiquiatras encuentran las claves para diagnosticar trastornos y tratar a sus pacientes.

Ese día, en San Francisco, el cabeza de cartel del encuentro anual de la Asociación Americana de Psiquiatría (APA) será la presentación de la polémica nueva versión del DSM. Más de 400 especialistas en 13 grupos de trabajo han colaborado en el documento durante un proceso oficial de seis años que ha costado 25 millones de dólares.

El precio de cada ejemplar se ha fijado en 199 dólares y el retorno de la inversión está asegurado. Psiquiatras, médicos de cabecera, trabajadores sociales, jueces y periodistas necesitarán la nueva versión para decodificar las enfermedades mentales en el contexto académico, clínico y social. Pero en el reino de la salud mental, no siempre se trabaja a gusto de todos.

A menos de un mes de su presentación, el 29 de abril el Instituto Nacional de Salud Mental (NIMH) de EEUU anunció que se desvincula de los criterios del nuevo DSM. «Los pacientes con enfermedades mentales se merecen algo mejor», escribía Thomas Insel, director del NIMH, en su blog.

A partir de ahora, el centro estadounidense se regirá por sus propios estándares para clasificar las psicopatologías. A través del proyecto Research Domain Criteria, el NIMH está creando otro sistema, que basarán, según ellos, en observaciones y medidas neurobiológicas. «La decisión es sorprendente y marca una separación clara entre la esfera clínica y la investigación de los trastornos mentales -comenta a la agencia SINC Miquel Bernardo, presidente de la Sociedad Española de Psiquiatría Biológica-. La crítica estaba implícita en el lanzamiento del DSM-5, pero no de una forma tan radical».

Sin declaraciones

La actitud del NIMH ha desconcertado a la comunidad científica y nadie entiende el porqué del ‘divorcio’. El 3 de mayo, la APA difundió su reacción oficial, en la que David J. Kupfer, responsable de la nueva edición, valoró el esfuerzo del NIMH en la contribución del avance del conocimiento científico, pero dejó claro que su clasificación «no puede suplantar al DSM-5, sólo es complementaria».

Aunque la Asociación Americana de Psiquiatría no responda a las peticiones de los periodistas hasta el 18 de mayo, SINC ha hablado en exclusiva con Francisco Xavier Castellanos, uno de los dos únicos científicos españoles que ha formado parte de la redacción de la nueva edición, y vicepresidente del grupo de trabajo sobre trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH) y trastornos de comportamiento.

«No puedo hablar de todo el documento porque no lo he leído entero, ni puedo comentar los detalles hasta que no se publique el manual, pero creo que una vez los científicos y los clínicos se acostumbren a los cambios verán que muchos significan mejoras, como el diagnóstico del autismo», responde desde la Universidad de Nueva York.

Bernardo asegura que «el progreso del DSM-5 respecto al anterior es incuestionable», mientras que Miquel Roca, miembro de la junta de la World Psychiatric Association, opina que «la nueva guía tendría que ser más rupturista de lo que realmente es».

‘Donde caben dos, caben tres’

Dice un chiste de médicos que ‘donde hay dos psiquiatras, hay tres opiniones’. Bernardo lo justifica: «La variabilidad de la práctica psiquiátrica es muy alta porque la actividad psíquica del cerebro es muy compleja». Uno de los objetivos frustrados del nuevo manual era hallar biomarcadores para el diagnóstico de trastornos mentales. «Hemos estado diciendo a los pacientes durante varias décadas que estamos a la espera de biomarcadores. Todavía estamos esperando», reconoce Kupfer. De momento, el médico seguirá reconociendo la enfermedad sólo por sus síntomas.

Pero la reedición del DSM trae novedades como la inclusión de la edad, el género y la cultura en el diagnóstico y la presentación de los trastornos mentales. Además, el manual pretende acercarse a la clasificación internacional de enfermedades (CIE-10) publicada por la Organización Mundial de la Salud (OMS).

Los síndromes dejarán de clasificarse por categorías que hasta ahora respondían a preguntas cerradas para diferenciar la ausencia y la presencia de una enfermedad. Los facultativos se encontraban con que un individuo con esquizofrenia, por ejemplo, presentaba otros síntomas como insomnio o depresión que no se ajustaban a su diagnóstico.

El nuevo DSM propone abordar los trastornos con evaluaciones dimensionales para calcular la severidad de la patología. Entre otros, el autismo y el síndrome de Asperger -junto con dos trastornos más- pasarán a englobarse dentro del mismo espectro del trastorno autista. La introducción de un continuo entre la normalidad y la disfunción ofrece matices para el seguimiento de los pacientes.

No hay adicción ni al sexo ni a internet

A pesar del revuelo mediático, los expertos de la APA consideran que la adicción a internet no es un trastorno mental. Esta condición aparece en el ‘purgatorio’ del manual. La sección III acoge aquellos trastornos que requieren más investigación antes de ser considerados una enfermedad mental.

«Se trata de un trastorno de conducta, no hace falta medicalizar los problemas de la vida cotidiana y caer en la sobrediagnosis», explica Bernardo a SINC en su consulta del Hospital Clínic de Barcelona. Lo mismo le pasa a la adicción al sexo (hipersexualidad), que también ha sido relegada como trastorno.

En cambio, hay otros que entran por la puerta grande, como el trastorno por atracón de comida. La psiquiatría infantil presenta otra de las novedades más importantes. A partir de mayo, los niños con un mínimo de ‘tres episodios semanales de irritabilidad, arrebatos y berrinches durante más de un año’ serán diagnosticados con el trastorno de desregulación disruptiva del estado de ánimo.

«El motivo principal ha sido introducir un diagnóstico más apropiado para captar niños con comportamientos fuertes y disruptivos que ahora son diagnosticados de trastorno bipolar

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Bruselas destina 150 millones más a la investigación en Neurociencia y declara mayo el «Mes Europeo del Cerebro»

España participa con un taller simultáneo en nueve ciudades sobre «El cerebro y las sensaciones del olor y sabor»

«Muchos europeos se verán afectados por alguna enfermedad relacionada con el cerebro a lo largo de su vida. Tratar a los afectados ya nos está costando 1,5 millones de euros cada minuto y esta carga para nuestros sistemas de salud probablemente aumente a medida que la población envejece”, ha señalado la comisaria europea de Investigación, Innovación y Ciencia, Máire Geoghegan-Quinn, con motivo de la adjudicación de 150 millones de euros adicionales para 20 proyectos de investigación internacionales sobre el cerebro.

Y es que en Bruselas son conscientes de la necesidad de prevenir y tratar las enfermedades neurológicas que afectarán a unos 165 millones de europeos. Un riesgo que en algunas patologías, como el Alzheimer y otros trastornos neurodegenerativos, se incrementa a medida que cumplimos años.

El conocimiento del cerebro, su funcionamiento y las enfermedades que lo afectan constituye uno de los retos científicos y más importante de la actualidad. La resolución de estos problemas tiene claras implicaciones en la salud (mejora de la calidad de vida) y en la economía (competitividad) de sociedades con esperanza de vida cada vez más alta. Consciente de estos retos, además de destinar estas nuevas ayudas a la investigación, la Comisión Europea ha declarado el mes de mayo de 2013 “Mes Europeo del Cerebro, que persigue poner en valor la investigación europea y sus últimos logros en el marco de más de 50 eventos que tendrán lugar en toda Europa en el mes de mayo, incluidas conferencias, seminarios, talleres y cursos.

Actividades en España

El próximo lunes, 6 de mayo, enmarcado en este «Mes Europeo del Cerebro», la Red Olfativa Española (ROE) y la Sociedad Española de Neurociencia (SENC), organizan el taller “El cerebro y las sensaciones del olor y sabor”, una actividad simultánea en nueve ciudades españolas (Badajoz, Ciudad Real, Lleida, Madrid, Oviedo, Salamanca, Sevilla, Toledo, Valencia), coordinado por la investigadora Laura Lopez-Mascaraque del Instituto Cajal-CSIC y presidenta de la ROE.

Después de una breve charla sobre el sistema olfativo, los asistentes podrán someterse a diversos testde discriminación olfativa,de umbral olfativo, de memoria olfativa. Y también podrán averiguar si son “supergustadores”, es decir, si tienen una capacidad mayor que el resto de la gente de percibir el sabor amargo.

¿Por qué el olfato?

La vista y el oído son nuestros sentidos dominantes, y quizá a los que se ha prestado más atención. Menos estudiado, sin embargo, el olfato es el único sentido que llega directamente a la corteza olfatoria, sin hacer escala el tálamo, una estructura neuronal del tamaño de una castaña situada en el centro del cerebro, que constituye la vía de entrada del resto de los sentidos. Además, es el único sentido que cuenta con neuronas expuestas directamente al ambienteque las rodea para captar los olores que llegan a las fosas nasales.

Sin el olfato la vida sería diferente. Estamos inmersos en un mundo de olores y podemos distinguir hasta 10.000 distintos. Lo saben muy bien quienes han perdido el olfato como consecuencia de un traumatismo o una infección vírica que destruye las terminaciones olfatorias. En cierta medida todos hemos experimentado la disminución del olfato durante el curso de un resfriado. En este caso, otro sentido muy próximo es el primero en verse afectado, el gusto. Sin el olfato, las comidas no saben igual. Y es que gran parte de los sabores tienen un importante componente olfatorio: hasta el 80 por ciento del gusto lo debemos al olfato. De hecho el secreto de los buenos catadoresde vinos está realmente en su nariz, cuatro veces más sensible que el promedio del resto de la gente.

Como explicaba muy bien Proust, los olores están íntimamente unidos también al mundo de las emociones. De ahí su capacidad de influir incluso en nuestro estado de ánimo. En realidad nuestra respuesta a los distintos aromas depende del contexto emocional en que los hemos percibido por primera vez. Puede resultarnos placentero el olor a pan o bollos recién horneados, que nos transportan al lugar donde pasábamos las tranquilas vacaciones de verano en nuestra infancia. El olor a césped recién cortado o el aroma a tierra húmeda que acompaña a la lluvia. O por el contrario pueden inquietarnos, como el olor a desinfectante de la consulta del dentista.

Además de las sensaciones placenteras que nos evocan, el vasto mundo aromático influye de muchas otras formas en nuestra vida. El olor de nuestros semejantes nos ayuda a sentir empatía y regula nuestra conducta sexual y social. Y es que cada persona tiene uno característico que está genéticamente determinado.

Además, las últimas investigaciones indican que un olfato deteriorado en etapas avanzadas de la vida puede ser un síntoma precoz de una enfermedad neurodegenerativa.

De ahí que este sentido sea una buena forma de adentrarse en el complicado funcionamiento del cerebro, como podrán comprobar quienes asistan a los talleres el próximo lunes.

Direcciones

BADAJOZ: Universidad de Extremadura. Mañana 10 y 12h: Campus universitario (Comedor de personal de la Facultad de CC Económicas y Empresariales. Av. Elvas s/n) . Tarde en el centro de Badajoz (Salón de usos múltiplesColegio General Navarro. C/ Adelardo Covarsí, 6). Entrada libre con aforo limitado a40 personas por grupo. Reserva en 92428 96 49 (lab. de9 a 15h) o en culturacientifica@unex.es

CIUDAD REAL: Facultad de Medicina de Ciudad Real, UCLM (Avda. Moledores s/n). Entrada es libre con aforo limitado a 80 personas por turno. Turno mañana: alumnos1º ESO (completo) turno tarde(17h). Inscripción: mescerebro.medcr.uclm@gmail.com. Persona de contacto: Dr. Alino Martínez-Marcos.

LLEIDA: Facultad de Medicina, segunda planta, lab. 2.10. (Carrer Monserrat Roig 2, 25008 Lleida). Turnos: 10:00 y 16:00h. Dirigido a: estudiantes universitarios y público adulto. Inscripción previa la web delIRB de Lleida. Persona de contacto: Dra. Loreta Medina

MADRID: Instituto Cajal-CSIC (Avda. Doctor Arce, 37). La entrada es libre con aforo limitado a 40 personas por grupo (4 grupos: 10, 12, 17 y 19h). Previa inscripción: 91585 47 49 (laborables de 9 a 15h). Persona de contacto: Dra. LauraLopez-Mascaraque.

OVIEDO: Universidad de Oviedo. Edificio Severo Ochoa. Campus de “El Cristo” 33006 Oviedo. Entrada con inscripción previa. Aforo limitado a 50 personas por grupo: 10:00 y 11:30h para secundaria; 16:30h para universitarios; 19:30h para público en general. Inscripciones en: otri@univovi.es. Persona de contacto: Dra. Esther Alcorta.

SALAMANCA: Universidad de Salamanca e Instituto de Neurociencias de Castilla León (INCYL). Persona de contacto: Dr. Eduardo Weruaga.

SEVILLA: Universidad Pablo de Olavide (Ctra. De Utrera, km. 1) Edificio 45 Aula B05. La entrada es libre con aforo limitado a 50 personas por grupos (4 grupos: 10, 12, 15 y 17h). Previa inscripción en agrumas@upo.es, en el teléfono 954349511 o a través de cualquiera de los colaboradores. Persona de contacto: Dra. Agnès Gruart i Massó.

TOLEDO: Hospital Nacional de Parapléjicos. Persona de contacto: Dr. Fernando de Castro.

VALENCIA: Facultad de Ciencias Biológicas, aula B-4 (Avda. Doctor Moliner, 40; 46100 Burjassot) y en la Facultad de Psicología, Laboratorio de Psicología Experimental, (Avda. Blasco Ibáñez, 21; 46010 Valencia). Dos grupos de 32 asistentes. Aforo limitado a 128 asistentes (4 grupos de 32). Persona de contacto: Dr. Fernando Martínez-García, Fernando.Mtnez-garcia@uv.es

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Identifican la zona de cerebro implicada en el reconocimiento de los números

Reconoce formas geométricas y se ha “reciclado” para procesar adquisiciones recientes como el cálculo o la escritura

RAFAEL CARMONA

Científicos de la Universidad de Stanford han localizado un grupo de células nerviosas especializadas en el reconocimiento de los números. Comparada con nuestra evolución, y la de nuestro cerebro,el uso de números es un “invento” muy reciente al que nuestras neuronas se han tenido que adaptar, como demuestra también este estudio publicado en el último número del “Journal of Neuroscience”.

Con su equipo de Stanford, Josef Parvizi, profesor asociado de Neurología y director del Programa de Electrofisiología Cognitiva Intracraneal Humana, ha demostrado por primera vez la existencia de un grupo de neuronas en el cerebro humano que se especializa en el procesamiento de números. “En esta pequeña población de células nerviosas hemos visto una respuesta mucho más grande a los números que a símbolos muy similares, a las palabras que suenan parecidas [one –1, en inglés- y won –ganado-] y otras con significados similares».

Este hallazgo, aseguran los autores, abre la puerta a más descubrimientos que permitan determinar en el cerebro cómo se procesa la información centrada en las matemáticas. También podría tener repercusiones clínicas en pacientes con dislexia para los números o con discalculia (incapacidad para procesar información numérica). El grupo que el equipo de Parvizi ha identificado consta de alrededor de 1 o 2 millones de células nerviosas localizadas en el giro temporal inferior. Esta región de la corteza situada a ambos lados del cerebro, en la parte inferior, está implicada en el procesamiento de la información visual. En concreto, procesa información procedente de la corteza visual y se encarga de reconocer las formas geométricas y objetos. También está implicada en la memoria a largo plazo de estas formas.

Efecto de la cultura en el cerebro

Aunque nos parezca que los números son una parte esencial de nuestra vida, y más en esta época de crisis, en la que nos traen especialmente de cabeza, para nuestro cerebro esos guarismos que representan cantidades son algo relativamente moderno para el que no estaba preparado y que han tenido que aprender a reconocer. De hecho ningún bebé nace con esta capacidad. Ocurre igual con la lectura, la escritura o la música.

La solución para adaptarse a esas nuevas formas impuestas por la cultura, procesarlas y reconocerlas ha sido recurrir a una especie de “reciclado neuronal” en el que algunas neuronas han aprendido a identificar los símbolos asociados a los números y darles significado. Estas neuronas ya tenían una función mucho más primitiva, como la de reconocer curvas o líneas entrecruzadas frecuentes en la naturaleza (ramas de árboles, bordes, etc) que también forman parte de los números y las letras.

Gracias a esa enorme plasticidad del cerebro, la parte de la corteza cerebral encargada de reconocer esas formas geométricas podido adaptarse a los «tiempos modernos” marcados por la cultura y las ha asociado a códigos culturales arbitrarios elegidos para representar letras o números, como resalta Parvizi: “Es una demostración espectacular de la capacidad de nuestros circuitos cerebrales para cambiar en respuesta a la educación. Nadie nace con la capacidad innata para reconocer los números».

Una mirada nueva

El estudio que se publica hoy en el “Journal of Neuroscience” se basa en otro anterior en el que se había pedido a un grupo de voluntarios que respondieran a preguntas matemáticas. “Habíamos acumulado muchos datos de ese estudio sobre qué partes del cerebro se activan cuando una persona se centra en resolver problemas aritméticos, pero eran en su mayoría referentes a otros lugares y no se había prestado mucha atención a esta área del giro temporal inferior,» explica Parvizi, autor principal del estudio.

Hubo que esperar a la mirada libre de prejuicios y con menos conocimientos de una estudiante de cuarto curso de Medicina, Jennifer Shum, que se dio cuenta de algo que parecía evidente pero que curiosamente había pasado desapercibido a los investigadores más experimentados: En muchos de los participantes se activaba la misma zona del giro temporal inferior cuando resolvían ejercicios de matemáticas. Shum se encargó de verificar más a fondo que esa observación se mantenía entre los distintos participantes en el estudio y como su observación resultó ser certera, ahora es la primera firmante del artículo publicado en el “Journal of Neuroscience”.

Para corroborar el hallazgo, se diseñó un nuevo estudio en el que participaron voluntarios que padecían epilepsia y que estaban hospitalizados mientras les realizaban pruebas para someterse a una cirugía, ya que no habían mejorado con la medicación.

Pacientes con epilepsia

Estos pacientes tenían una pequeña abertura en el cráneo que permite aplicar electrodos en el cerebro (que afortunadamente no tiene terminaciones nerviosas para el dolor) y localizar de forma muy precisa el foco de sus ataques epilépticos antes de someterse a la intervención quirúrgica. Durante una semana aproximadamente, estos pacientes estan en observación en el hospital, por lo que tienen “bastante tiempo libre”.

Siete de esos pacientes tenían los electrodos colocados precisamente en el giro temporal inferior, y el equipo de Parvizi y Shum les propuso participar en el nuevo estudio de confirmación. Sólo tenían que ver imágenes proyectadas durante un corto espacio de tiempo en la pantalla de un ordenador, mientras se registraba la actividad cerebral mediante los electrodos que ya tenían en su cerebro. Cada electrodo recoge la actividad de un área correspondiente a medio millón de neuronas. Aunque puedan parecer muchas, no son apenas nada comparadas con los cien mil millones que tenemos en el cerebro.

Lo que veían en la pantalla del portátil eran números (1, 2, 5….) y líneas onduladas, letras, las palabras que representan a los números (uno, dos, tres) y otros símbolos que representaban caracteres numéricos en otros idiomas (tailandés o tibetano), que era muy improbable que supieran reconocer.

A los participantes les sometieron a dos pruebas para ponérselo difícil, en la primera les presentaban letras o números aislados, pero también caracteres falsos, que tenían la forma de los números, pero en los que se había cambiado alguno de sus trazos, manteniendo la estructuras de curvas y ángulos, junto con números en los alfabetos desconocidos.

En la segunda prueba, que era un control de significado y sonido, se incluían números y el sonido de la palabra que los representa, por ejemplo 1 y one, además de palabras con sonidos similares pero distinta escritura (won). Con esto garantizaban que efectivamente estaban registrando la actividad cerebral en respuesta exclusivamente a los números.

A pesar de las diferencias interindividuales en los cerebros de los participantes, los investigadores observaron en casi todos una respuesta significativamente mayor a los números que a los estímulos de forma similar, como letras o mezcla de letras y números, o palabras que significan lo mismo que los números o sonaba como ellos.

Huellas de la evolución en el cerebro

Curiosamente, explica Parvizi, ese grupo de células nerviosas que responden al procesamiento numérico está localizado dentro de otro grupo de neuronas que se activa por símbolos visuales que tienen líneas con ángulos y curvas. «Estas poblaciones neuronales mostraron una preferencia por los números en comparación con las palabras que los representan o sonido similares a los de los números», explica. «Pero en muchos casos, estos sitios respondieron con mucha intensidad a la mezcla de números y letras. Y dentro de este grupo más grande de neuronas genéricas, el ‘área visual numérica‘ ahora localizada prefería los números reales a las fuentes falsas y a las palabras con el mismo significado o similar sonido”. Lo que confirma la teoría del reciclado neuronal para procesar adquisiciones culturales “tardías” propuesta por autores como el matemático y neurocientífico Stanislas Dehaene.

Gracias a esa plasticidad de nuestro cerebro para adaptarse a funciones nuevas, el lector puede leer este artículo, reconocer los números que va a poner en su próximo boleto del euromillón (para ver si los números dejan de traerle de cabeza) o disfrutar de la música después de una dura jornada de trabajo.

Identifican la zona de cerebro implicada en el reconocimiento de los números – ABC.es.

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Los tipos de memoria y el aprendizaje – Brain McGill

Imagen Neurociencia

El aprendizaje es un cambio relativamente permanente en el comportamiento que marca un aumento de los conocimientos, habilidades o conocimiento gracias a los recuerdos grabados. Una memoria es el fruto de este proceso de aprendizaje, el seguimiento concreto de lo que se deja en las redes neurales.

La memoria humana es fundamentalmente asociativa. Usted puede recordar una nueva pieza de información mejor si lo puede asociar con los conocimientos previamente adquiridos, que está ya firmemente arraigado en su memoria. Y la más significativa es la asociación que le sirve a usted personalmente, la forma más eficaz que le ayudará a recordar. Así que tomarse el tiempo para elegir una asociación significativa puede ser inpagable a largo plazo.

Además, contrariamente a la imagen que mucha gente tiene de la memoria como una vasta colección de datos archivados, la mayor parte de nuestros recuerdos son en realidad reconstrucciones. No se almacenan en nuestro cerebro como los libros en los estantes de la biblioteca. Cada vez que queremos recordar algo, tenemos que reconstruir a partir de elementos dispersos en diversas áreas de nuestro cerebro.

Por lo tanto, los científicos de hoy no ven el recuerdo como una recuperación sencilla de los registros fijos, sino más bien como un proceso continuo de reclasificación como resultado de continuos cambios en nuestras vías neuronales y procesamiento paralelo de la información en nuestro cerebro.

Para ilustrar estas dos propiedades fundamentales de la memoria, supongamos que una clase de la escuela ha visitado un museo de arte egipcio en un día lluvioso. Diez años más tarde, el maestro, ahora jubilado, lee un libro de historia que se menciona el nombre de una momia que estaba en exhibición en ese museo. El nombre de la momia recuerda al maestro esa clase de viaje de hace diez años. Entonces, por asociación, el profesor recuerda algunos estudiantes de la clase en la que no había pensado desde entonces. Incluso puede recordar cómo estaban fascinados con la momia, y algunas de las preguntas que le hacían sobre ésta. En resumen, se ha formado memorias asociativas: una cosa le recuerda a otra, lo que le recuerda a otra, y así sucesivamente.

Pero la memoria tiene otras características que pueden hacer el aprendizaje más fácil una vez que usted los entienda.

La memoria sensorial, a corto plazo y lago plazo

En la década de 1960, la distinción entre los distintos tipos de memoria en función de su duración ha sido objeto de debates apasionados. Algunos científicos pensaban que la manera más elegante de dar cuenta de los datos disponibles en ese momento era de conceptualizar la memoria como un sistema único de duración variable. Pero poco a poco, la evidencia acumulada sugiere la existencia de al menos tres sistemas de memoria distintos. Sin embargo los mecanismos de estos tres sistemas diferentes, que hacen el flujo natural de una a la otra, pueden ser considerados como tres pasos necesarios en la formación de una memoria duradera.

De acuerdo con este modelo generalmente aceptado ahora, los estímulos detectados por nuestros sentidos pueden ser ignoradas, en cuyo caso desaparecen casi instantáneamente, o percibidos, en cuyo caso entran en nuestra memoria sensorial. La memoria sensorial no requiere ninguna atención consciente; como la información se percibe, se almacena en la memoria sensorial automáticamente. Pero la memoria sensorial es esencial, porque es lo que nos da el efecto de la unidad de un objeto como nuestros ojos saltan de un punto a otro en su superficie para examinar sus detalles, por ejemplo.

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Por ejemplo, si el objeto en la memoria sensorial es un octógono rojo, se le puede o no prestar atención. Si se presta atención, usted reconoce que se trata de una señal de stop. Una vez que haya resultado tanta atención a la pieza de información, se puede transmitir a su memoria a corto plazo . Su memoria a corto plazo le permite grabar una cantidad limitada de información por períodos de menos de un minuto. Con un esfuerzo activo, puede conservar una pieza de información en memoria a corto plazo por más tiempo: por ejemplo, mediante la repetición de un número de teléfono hasta que haya terminado de marcar él. De lo contrario, la memoria desaparecerá en menos de un minuto.

Mantener un elemento de memoria a corto plazo por una cierta cantidad de tiempo le permite eventualmente transferirlo a memoria a largo plazo para un almacenamiento más permanente. Este proceso se ve facilitado por el trabajo mental de la repetición de la información, que es la razón por la expresión «memoria de trabajo» se utiliza cada vez más como un sinónimo de memoria a corto plazo. Pero esta repetición parece ser una estrategia menos eficaz para la consolidación de una memoria que la técnica de darle un significado al asociarlo con el conocimiento previamente adquirido.

Una vez que la pieza de información se ha almacenado en su memoria a largo plazo , puede permanecer allí por un tiempo muy largo, ya veces incluso para el resto de su vida. Hay, sin embargo, hay varios factores que pueden hacer que estas memorias sean difíciles de recuperar. Estos factores incluyen el tiempo que ha pasado desde que el evento almacenado en la memoria del lugar, el tiempo que ha pasado desde la última vez que lo recordaba, lo bien que lo han integrado con su propio conocimiento, si es único, ya que se asemeja a un evento actual, y así sucesivamente.

Muchos experimentos todavía tienen que llevarse a cabo para evaluar la influencia de cada uno de estos factores con más detenimiento. Sin embargo, estamos empezando a obtener una mejor comprensión de los sistemas subyacentes necesarios para que cada uno de estos tres tipos de memoria funcione correctamente.

EL CEREBRO DE ARRIBA A ABAJO

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Imagen de la Semana: Conexiones locales – BrainFacts.org

Local Connections

¿Cómo se conectan las células nerviosas en el cerebro a sus vecinas? La imagen muestra dos neuronas excitatorios (negro) en la corteza cerebral de un cerebro de ratón.Los investigadores descubrieron que entran en contacto con todos las neuronas inhibidoras (verde) pero no con las más lejanas (morado). Imágenes como estas ayudan a científicos a aprender más acerca de cómo el cerebro se organiza a nivel microscópico.

Referencias

Adam M. Packer y Rafael Yuste, Conectividad Denso, inespecífico de neocortical parvalbúmina-positivos interneuronas:Un microcircuito Canonical para la inhibición

The Journal of Neuroscience , 14 de septiembre de 2011, 31 (37) :13260-13271.

 

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La membrana de mielina | Scitable

¿Cómo funciona nuestro sistema nervioso tan rápido y eficiente? La respuesta se encuentra en una estructura membranosa llamada mielina Por: Keiichiro Susuki, MD, Ph.D. (Departamento de Neurociencias de la Facultad de Medicina Baylor ) © 2010 Naturale Education 

Todas nuestras actividades – comer, caminar, hablar – son controladas por el cerebro, el centro del sistema nervioso. El cerebro recibe grandes cantidades de información de fuera de nuestro cuerpo a través de nuestros cinco sentidos (vista, oído, gusto, tacto y olfato), integra esta información, y las demandas de nuestros músculos para actuar. ¿Cómo lo logra de manera tan eficiente? La respuesta se encuentra en una estructura de membrana llamada mielina.

Transmisión de Información en el Cuerpo

Toda la información hacia y desde el cuerpo debe ser coordinada y transmitida simultáneamente y muy rápidamente. El cerebro requiere  velocidades extremadamente rápidas para operar en incluso en el nivel más simple. ¿Cómo los tejidos biológicos de nuestro cuerpo apoyan esta coordinación rápida del cerebro, las extremidades y la información sensorial? Lo hacen con un tejido del sistema nervioso que imita el cableado eléctrico.

El sistema nervioso está compuesto de dos tipos primarios de células: neuronas y células gliales. Estas células se comunican entre sí para realizar tareas importantes en el sistema nervioso. Las células gliales son neuronas estructuralmente y mantienen su integridad neuronal a largo plazo, y las neuronas regulan el comportamiento de las células gliales. En este soporte de las neuronas, las células gliales se han convertido en altamente especializadas. Las células gliales, que se pueden dividir en varios tipos, tiene varias funciones importantes, tales como proporcionar soporte estructural, el apoyo del crecimiento y el aislamiento alrededor del axón.

¿Por qué las células gliales apoyan las neuronas? Las neuronas son células especializadas que reciben y envían señales a otras células a través de extensiones celulares frágiles y delgadas llamadas axones. Estos axones se extienden sobre distancias largas y cortas para llegar a su objetivo, en última instancia, conectando las neuronas con otros tejidos nerviosos, el tejido muscular o los órganos sensoriales (fig. 1A). Por ejemplo, algunas neuronas motoras en la médula espinal tienen axones que exceden 1 m de longitud, que conecta la columna vertebral con los músculos de las extremidades inferiores. Estos axones transmiten señales al músculo deseado en forma de impulsos eléctricos llamados potenciales de acción. Sin embargo, los axones no son suficientes para producir una conducción rápida de la corriente eléctrica necesaria para esta señal enviada. Las células gliales son el elemento clave para apoyar a las neuronas cuando envían y reciben mensajes a todo el cuerpo. Al igual que el aislamiento alrededor de los cables en los sistemas eléctricos, las células gliales forman una vaina membranosa que rodea los axones llamada mielina, con la que  aislas el axón. Esta mielinización, como se la llama, puede aumentar la velocidad de las señales transmitidas entre las neuronas (conocidas como potenciales de acción). En efecto, la evolución de la mielina en los vertebrados permite lograr eficientes sistemas nerviosos a pesar de su gran tamaño corporal.

La vaina de mielina: forma, tamaño y composición

Qué es exactamente la mielina? La mielina es una estructura de membrana laminada que rodea concéntricamente alrededor de un axón con lamelas (o protuberancias celulares) que se repiten radialmente en un período de aproximadamente 12 nm (Waxman, Kocsis y Stys 1995; Sherman y Brophy 2005). La lámina de mielina está formada por la fusión de las láminas internas yuxtapuestas de la membrana plasmática en células gliales, sin intervenir el citoplasma (Figura 1B).

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Figura 1: Estructura de la fibra nerviosa mielínica
(A) Imagen de fibras nerviosas mielinizadas y conducción relativa a la danza del potencial de acción. Un ejemplo de PNS mielinizadas fibras nerviosas se muestra. (B) Imagen de la sección transversal del axón mielinizadas en el entrenudo. (C) La luz de microscopía de un nervio ciático de ratón con un menor aumento. Tinción con azul de toluidina. La mielina se tiñe de azul. El tracto del nervio está lleno de estructuras en forma de anillo, lo que indica una sección transversal de las fibras nerviosas mielinizadas. (D) Microscopía electrónica de un axón mielinizado en un nervio ratón óptico a un aumento mayor. El axón está rodeado por una estructura multilaminar de la mielina. (E) fibra nerviosa mielinizada reproducido in vitro por cocultivo de rata neuronas ganglionares de la raíz dorsal y células de Schwann. Segmentos de mielina están teñidas de rojo por un anticuerpo a la proteína básica de mielina, una molécula expresada específicamente en la mielina. Los nodos de Ranvier (flechas) se tiñen de verde por un anticuerpo contra nodal molécula beta-IV espectrina.

Dependiendo de la localización, diferentes tipos de células gliales producen mielina de una manera diferente. Las células de Schwann hacer la mielina en el sistema nervioso periférico (SNP: los nervios) y los oligodendrocitos en el sistema nervioso central (SNC: cerebro y médula espinal). En el SNP, una célula de Schwann forma una sola vaina de mielina (Figura 1A). Por el contrario, en el SNC, los procesos celulares de oligodendrocitos conducen a mielinizar múltiples segmentos en muchos axones (Figura 2). Aunque hay varias diferencias moleculares y morfológicas entre las fibras nerviosas en el PNS y el CNS, la disposición básica de la vaina de mielina y las características electrofisiológicas son esencialmente las mismas.

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Figura 2: El destino de los axones de mielina
El caso en el SNC se ilustra. Después de desmielinización, un axón desmielinizadas tiene dos posibles destinos. La respuesta normal a la desmielinización, al menos en la mayoría de los modelos experimentales, es la remielinización espontánea que implique la generación de nuevos oligodendrocitos. En algunas circunstancias, la remielinización falla, dejando los axones e incluso toda la neurona vulnerables a la degeneración. © 2008 Nature Publishing Group Franklink, RJM & ffrench-Constant, C. Remyelination in the CNS: from biology to therapy. Nature Reviews Neuroscience 9, 839–855 (2008) doi:10.1038/nrn2480.

¿Están todos los axones cubiertos de mielina? No, ya que pueden ser tanto mielinizadas o amielínicas. Los Axones mielinizados están envainados a lo largo de toda su longitud. El calibre del axón (diámetro) en el SNP de mamíferos oscila a partir de 0,1 micras a 20 micras, con axones no mielinizadas inferiores a 2 micras, mientras que los axones mielinizados tienen más de 1-2 micras de diámetro. En el SNC, casi todos los axones con diámetros mayores de 0,2 micras están mielinizados. En sección transversal, el axón mielinizado aparece como un perfil casi circular rodeado por una vaina enrollada en espiral multilamelar (Figura 1C y D). Sorprendentemente, un axón mielinizado grande puede tener hasta 250 a 300 vueltas de envoltura de mielina alrededor de ella. La relación entre el diámetro del axón y la de la fibra nerviosa total (axón y mielina) es 0.6-0.7, una proporción que se mantiene bien independientemente del calibre del axón. La longitud de la vaina de mielina a lo largo del axón es de aproximadamente 1 mm en el SNP. Entre dos segmentos adyacentes de mielina, hay lagunas de aproximadamente 1micra llamadas nodos de Ranvier (Figura 1A y E). En los nodos, el axón se expone al espacio extracelular.

La Señalización axonal regula la mielinización

¿Cómo se forma la envoltura en espiral de la vaina de mielina alrededor de los axones de manera precisa y adecuada? Un mecanismo ha sido identificado en la mielinización del SNP. En el SNP, la proteína neuregulina 1 tipo III proteína se expresa en la superficie del axón e interactúa con los receptores ErbB gliales, y tiene un papel fundamental para la diferenciación de las células de Schwann y la mielinización (para una revisión, ver Nave & Salzer 2006). Las neuronas no mielinizadas neuronas autónomas expresan niveles bajos de neuregulina III 1 tipo sobre la superficie del axón, mientras que los axones mielinizados expresan fuertemente altos niveles. 

Sin neuregulina III 1 tipo, las células de Schwann en cultivo derivadas de ratones mutantes no pueden mielinizar neuronas en la médula espinal (neuronas ganglionares de la raíz dorsal). La expresión forzada, en fibras no mielinizadas normalmente, de neuregulina III 1 tipo en las fibras postganglionares de las neuronas simpáticas cultivadas en un cultivo resulta que puede ser obligadas a mielinizar. Así, el nivel de neuregulina 1 Tipo III en axones del SNP es una señal clave instructiva para la mielinización. Además, por encima del umbral, la formación de la mielina se correlaciona con la cantidad de neuregulina III 1 tipo presentada por el axón de la célula de Schwann. La reducción de expresión de neuregulina III 1 tipo conduce a una vaina de mielina más delgada que lo normal en los ratones heterocigotos mutantes de esta molécula . En contraste, los ratones transgénicos que sobreexpresan neuregulina 1 se convierten en hipermielinizados.

Una pregunta interesante es: ¿la neuregulina-ErbB de señalización regula la mielinización del SNC también? Aunque varios informes muestran que los oligodendrocitos responder a neuregulina 1 in vitro, el análisis de una serie de animales condicionales nulos mutantes que carecen de neuregulina 1 mostraron una mielinización normal (Brinkmann et al. 2008). Todavía no está claro cómo se regula la mielinización en el SNC.

La mielina, membrana | aprender ciencias en Scitable.

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Los seres humanos destruimos una neurona por segundo

A lo largo de la vida, sin embargo, una persona pierde sólo un 3% del total de las que tiene, asegura un experto, y es que goza de 86.000 millones

El cerebro humano todavía sigue siendo una gran incógnita GYI

Santiago de Compostela. (Efe).- Los seres humanos destruimos una neurona por segundo, 86.400 al día, y aún así, una persona que viva 80 años tan solo habrá destruido, si no ha padecido una enfermedad neurodegenerativa, sobre un 3% de las neuronas que tiene en el cerebro.

El neurocientífico Xurxo Mariño (Lugo, 1969) utiliza, entre otros, este dato para tratar de hacer entender el inabarcable número de neuronas en el cerebro humano, unos 86.000 millones, de las que, asegura en una entrevista con Efe, se usan «todas».

Mariño es doctor en Biología por la Universidad de Santiago, profesor del departamento de Medicina de la Universidad de A Coruña, en donde participa en el grupo Neurocom y además ha estado dos años colaborando en el Massachussets Institute of Technology (MIT), en donde realizó experimentos en el departamento del encéfalo y ciencias cognitivas.

Acaba de publicar el libro Neurociencia para Julia, (ed. Laetoli), que se presenta el viernes 22 en la Domus de A Coruña y que contará con la participación del periodista especializado Antonio Martínez Ron. Se trata de un volumen «para todos los públicos» y que se diferencia de otras obras sobre el sistema nervioso en que se ha limitado a escribir «conocimientos sólidos sobre neurociencia», afirma.

«No divago, no es un ensayo. Procuré ir a lo sólido, sin irme por las ramas», asegura sobre esta obra divulgativa y de «educación científica», ya que el conocimiento científico básico es una herramienta «fundamental para actuar como ciudadano».

Mariño explica paso a paso el funcionamiento del sistema nervioso, con el encéfalo como gran protagonista, donde el cerebro es el órgano más conocido, y analiza con un lenguaje ameno y dibujos hechos por él mismo cómo a partir de impulsos eléctricos y reacciones bioquímicas entre las neuronas se va configurando la mente consciente.

Es un proceso apasionante, asegura Mariño, que no obvia las limitaciones de los estudios hasta ahora sobre la neurociencia y también el «solapamiento clarísimo» de esta disciplina con la filosofía. De hecho, asegura, hay una «frontera» entre estas áreas de conocimiento que se está moviendo y, por primera vez, «la neurociencia está respondiendo preguntas tradicionales de la filosofía».

Mariño advierte en su conversación con Efe de que el funcionamiento del sistema nervioso de los seres humanos ayuda a comprender que estamos «inventando gran parte del mundo que percibimos». Así, indica que los sonidos, los olores o los sabores «no existen más que en la mente de un ser humano», ya que fuera de ella solo hay perturbaciones del aire y sustancias químicas que son percibidas por las personas porque les han resultado «interesantes» durante su evolución como seres vivos.

Mariño también da una explicación en el libro de por qué no recordamos algo tras un golpe fuerte, e incluso justo antes, o tras un estado de ebriedad intenso y por qué se queda «la mente en blanco» o se ven algo parecido a «estrellitas», como en los dibujos animados e incluso de por qué 9 de cada 10 personas en todo el mundo son diestros.

También le gusta combatir el «mito» de que las personas no usan todas las neuronas o toda la capacidad del cerebro, ya que todas las neuronas deben tener actividad o de lo contrario «degeneran y desaparecen».

«Lo que pasa es que se les pueden dar distintos usos a través de una actividad cognitiva más intensa; lecturas reflexivas, ejercicios matemáticos y otros», asegura el investigador gallego, que sostiene que «cuando se les da más caña aumenta el número de conexiones, sinapsis, y esto genera mentes más eficaces, con más capacidad de almacenar conceptos».

Se muestra receloso de los resultados concretos que puedan obtener «proyectos hipercaros» -se habla de mil millones de dólares en diez años- sobre el estudio del cerebro impulsados a ambos lados del Atlántico como el Brain Activity Map o el Human Brain Project ya que «no parten de una hipótesis» concreta que se pueda comprobar mediante la experimentación, sino que recopilarán datos y al final, señala, a lo mejor, «no sabes nada».

Leer más: http://www.lavanguardia.com/ciencia/20130320/54369443688/seres-humanos-

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Epigenética – BrainFacts.org

¿Es «lo natural» o «lo adquirido» lo que influye en el comportamiento y los resultados de la salud? Los investigadores ahora saben que estos factores no son independientes: la experiencia y el medio ambiente («lo aprendido») modifican los genes («lo innato») – un fenómeno conocido como epigenética.

Algunas de estas modificaciones pueden pasar a la siguiente generación, lo que sugiere que puede ser posible que nuestra vida conduzca a afectar a nuestros hijos y nietos. La investigación reciente ha hallado que la epigenética afecta a los procesos normales del cerebro – como el desarrollo o la memoria – y los procesos cerebrales anormales, como la depresión y la enfermedad. Una mayor investigación en este campo emergente podría conducir a nuevos tratamientos.

Human chromosomes
The environment affects genes, which are present in chromosomes (shown), without changing the genetic code. This process is called epigenetics. Ongoing research in animals and humans suggests epigenetics may be involved with brain health. Courtesy, with permission: Jane Ades, National Human Genome Research Institute
 

La hambruna y un ratón gordo conducen a un avance

«Se nace o se hace» a menudo se establece como un conflicto: ¿Son genes o el medio ambiente lo que influye en los comportamientos y la salud? Décadas de investigación han ayudado a los científicos a aprender cómo el medio ambiente tiene un efecto enorme en los genes y en las generaciones posteriores, a veces en formas que nunca imaginaron.

De los hombres a los ratones

Durante el invierno de 1944-45, el ejército alemán cortó el suministro de alimentos a la parte occidental de los Países Bajos, lo que produjo en una gran hambruna de cinco meses. Décadas más tarde, los investigadores notaron algo peculiar en los hijos mayores de edad nacidos de madres que estaban en el primer trimestre del embarazo durante la hambruna (aumento de las tasas de obesidad y enfermedades cardiovasculares) en comparación con la población general. Estos resultados demostraron que la dieta de la madre puede influir en la salud de sus hijos, pero cómo esta información se pasa entre las generaciones era desconocido.

En 2003, los científicos que estudian el ratón agouti, un ratón gordo de color amarillo con una mayor tendencia a la diabetes y el cáncer, descubrieron que podían cambiar los resultados de la salud de los ratones por la alimentación con los suplementos dietéticos a sus madres antes y durante el embarazo. Los suplementos trabajaron añadiendo una marca química a los genes, especialmente a los implicados en el color del pelaje y la alimentación. El resultado: las madres obesas amarillas dieron una descendencia magra y saludable con pelajes marrones.

An obese yellow Agouti mouse and a skinny brown Agouti mouseAlthough agouti mice share identical DNA, the presence or absence of chemical marks on genes leads to distinct coat colors. Unlike agouti mice with brown coats, those with yellow coats tend to be overweight, with an increased risk of diabetes and cancer. Researchers found they could change the health outcomes and coat colors of agouti mice by feeding dietary supplements to their mothers before and during pregnancy. Randy Jirtle, PhD, Duke University.

Del Ambiente a los Genes

A partir de estos y otros estudios, los investigadores identificaron el mecanismo por el que el medio ambiente puede modificar la información genética, más allá de cambiar el código genético: el manual de instrucciones para la vida. Una respuesta parece que se encontró en la fuerza con la que la doble hélice de ADN se enrolla.

Cuando no está en uso, el ADN está bien bobinado en carretes de proteínas dentro de la célula. Las células están constantemente añadiendo o quitando marcas químicas – por lo general grupos metilo al ADN o grupos acetilo para los carretes. Algunas marcas permiten relajarse a las hebras de ADN fuertemente enrolladas, dejando al descubierto su secuencia genética. Otras fomentan el bobinado estrecho del ADN, lo que garantiza que el gen se mantiene fuera de los límites.

Ya en la década de 1970, los investigadores del cáncer conocía que este proceso tenía un papel en el crecimiento celular, pero el efecto que podría tener en el cerebro y la conducta no estaba claro.

Epigenetic marks on histones
Cells add or remove chemical groups (purple diamonds), known as epigenetic marks, to genes or protein spools called histones upon which DNA is tightly wound. The marks affect which genes are turned on and off. National Institute of General Medical Sciences

La investigación en animales sugiere que la experiencia de la vida afecta al cerebro y la conducta

Las experiencias y el medio ambiente cambian las marcas químicas (etiquetas epigenéticas) en el ADN, lo que determina si el ADN está holgadamente enrollado y  disponible, o severamente enrrollado y fuera de límites. ¿Por qué es esto importante? Las células pueden activar los genes en el ADN enrollado holgadamente, pero es difícil activar un gen que se esconde en una bobina apretada.

¿Qué significa esto para el cerebro y el comportamiento? Las células podría tener más fácil o difícil la puesta en funcionamiento de los genes implicados en la alimentación o la emoción, por ejemplo, a causa de las etiquetas epigenéticas.

La Experiencia da forma al comportamiento y la memoria

Los investigadores encontraron que la experiencia temprana de la vida influyó en el estrés y los comportamientos del miedo en las ratas a través de este proceso. Varios estudios siguieron las interacciones entre las ratas madres y sus crías recién nacidas, distinguiendo entre las que presentaron una atención materna (cantidad de tiempo preparando y cuidando las crías) excesiva o deficiente. Las ratas criadas por madres de atención excesiva mostraron menos temor y comportamientos del estrés en la edad adulta.

Es importante destacar que los investigadores encontraron diferencias en las etiquetas epigenéticas en un gen relacionado con el estrés en los diferentes grupos de crías ya en la primera semana de vida. Estas diferencias se mantuvieron hasta la edad adulta. Sin embargo, el bloqueo de la adición de etiquetas epigenéticas invirtió el efecto del cuidado materno.

Los cambios epigenéticos en las células cerebrales también afectan a la capacidad de formar recuerdos, según la investigación con otros animales. Un estudio en ratas exploró las células cerebrales en el hipocampo, una región importante en la memoria. Se reveló que la realización de una tarea de memoria puso en marcha un gen para una enzima implicada en el marcado de ADN. El bloqueo de la enzima obstaculizó la capacidad de formar el recuerdo.

Los investigadores también encontraron que un «ambiente enriquecido», con juguetes, ejercicio y atención extra, mejora de la memoria en ratones genéticamente alterados para tener déficits de memoria. Lo que es más, la descendencia de estos ratones se benefició del ambiente enriquecido, aunque nunca lo había experimentado en carne propia.

Estos resultados iniciales apuntan a un papel de la epigenética en los procesos del cerebro y el comportamiento. Sólo con la investigación en curso, los neurocientíficos comprenderán el alcance total de la epigenética.

Epigenética – BrainFacts.org.

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Marcapasos cerebral, un nuevo enfoque contra Alzheimer – BBC Mundo

Científicos en Estados Unidos implantaron un marcapasos en el cerebro de un paciente con Alzheimer, el primer procedimiento de este tipo que se lleva a cabo en ese país.

La técnica se está probando en pacientes con Alzheimer.

La técnica se está probando en pacientes con Alzheimer.

El dispositivo forma parte de un tratamiento llamado estimulación cerebral profunda (ECP), que involucra la liberación de impulsos eléctricos para regular la actividad cerebral.

Tal como señalan los científicos, el tratamiento logró que los pacientes -todos con formas moderadas de Alzheimer- mostraran un incremento en la actividad neuronal durante 13 meses.La investigación, llevada a cabo en la Escuela de Medicina Johns Hopkins, forma parte de un proyecto más amplio iniciado en Canadá donde ya se implantó el marcapasos a otros seis pacientes con la enfermedad.

Éxito

La terapia de estimulación cerebral profunda ya se utiliza con éxito para tratar diversas enfermedades neurológicas. Por ejemplo, se ha utilizado con decenas de miles de personas que sufren enfermedad de Parkinson.

Ahora, la terapia podría ser una alternativa para revertir el deterioro cognitivo de las personas con Alzheimer, como explicó a BBC Mundo el neurocirujano Jairo Espinoza, presidente de la Sociedad Latinoamericana de Neurocirugía Funcional y Estereotaxia (SLANFE) y jefe de la clínica de movimientos anormales, dolor y trastornos psiquiátricos del Centro Integral de Movimientos Anormales y Dolor (CIMAD), en Colombia.

«Yo vengo operando desde hace varios años con éxito en pacientes con diversos trastornos» dice el neurocirujano colombiano. «Lo usamos para tratar movimientos anormales como Parkinson, temblor y distonia, así como trastornos psiquiátricos como depresión, trastorno obsesivo compulsivo y agresión».

Yo vengo operando desde hace varios años con éxito en pacientes con diversos trastornos. Lo usamos para tratar movimientos anormales como Parkinson, temblor y distonia, así como trastornos psiquiátricos como depresión, trastorno obsesivo compulsivo y agresión»  Dr. Jairo Espinoza

La neurocirugía funcional -explica el experto- busca reparar, modular o corregir un déficit en un sistema o red neurológica determinada.

Lo que ocurre con este tipo de trastornos neurológicos es que se altera la química cerebral y esto conduce a una actividad eléctrica anormal que puede expresarse en temblores, deterioro cognitivo o trastornos psiquiátricos.

La estimulación cerebral intenta normalizar esa actividad por medio de una serie de impulsos eléctricos que se dirigen a la parte afectada del cerebro con un dispositivo operado por una batería, llamado neuroestimulador, similar a un marcapasos cardíaco.

«La cirugía involucra hacer dos incisiones muy pequeñas en la región frontal del cráneo y a través de éstos se introducen dos electrodos en el cerebro» explica el doctor Espinoza.

«La cirugía se realiza guíada por computador de forma muy precisa para minimizar el trauma de los tejidos. Como toda cirugía tiene un grado de invasividad, pero lo estamos reduciendo día a día y esperamos optimizarla aún más en el corto plazo» señala el neurocirujano.

Aunque los resultados con pacientes de Parkinson y otros trastornos han sido muy exitosos, la aplicación para Alzheimer todavía está en sus primeras etapas.

Potencial

Pero con el fracaso reciente en los ensayos de medicamentos para demencia, que se pensaba podrían ofrecer esperanzas para combatir la enfermedad, la alternativa de estimulación cerebral parece ahora prometedora.

Sin embargo, tal como explica el doctor Jairo Espinoza, la técnica sólo puede ser útil en personas que todavía no están en las etapas avanzadas del trastorno.

«Para que la cirugía sea exitosa con Alzheimer debe haber una conservación parcial de las neuronas y sus conexiones. En una etapa muy avanzada de Alzheimer se han perdido una gran cantidad de éstas y no se espera un beneficio importante con la cirugía» explica el neurocirujano colombiano.

La técnica requiere implantar quirúrgicamente dos electrodos en el cerebro.

La técnica requiere implantar quirúrgicamente dos electrodos en el cerebro.

Todavía, sin embargo, deberán llevarse a cabo muchas más investigaciones para que la técnica pueda ofrecerse a los pacientes.

Y tal como subraya el doctor Jairo Espinoza, la estimulación cerebral profunda no es una cura para la enfermedad, sino debe formar parte de un tratamiento integral del paciente.

«Ningún tratamiento de forma aislada es suficiente, sino que debe formar parte de un esfuerzo interdisciplinario que debe incluir terapias, medicamentos y apoyo al paciente y familia» asegura el científico. «Este tipo de tratamiento debe probar que ofrece de forma sostenida un beneficio y seguridad importantes».

Y agrega que «se están haciendo todos los esfuerzos investigativos en este sentido, pues el tratamiento no se puede considerar aún como estándar de manejo. Si se prueba su beneficio, lo cual es muy probable, puede constituirse en el futuro del tratamiento a corto y mediano plazo».

Marcapasos cerebral, un nuevo enfoque contra Alzheimer – BBC Mundo – Noticias.

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La anestesia general interrumpe la comunicación del cerebro: Nature News & Comment

Ondas cerebrales «lentas» se vinculan al estado anestesiado tipo-coma.

¿Cómo funciona la anestesia general es poco conocida. FUSIBLE / GETTY

¿Cómo funciona la anestesia general es poco conocida. FUSIBLE / GETTY

Los anestésicos generales inducen un estado similar al coma en cuestión de segundos, lo que permite que los pacientes sean operados sin sentir dolor o incomodidad. Sin embargo, muy poco se sabe acerca de cómo estos medicamentos funcionan. Ahora, una investigación publicada hoy en Actas de la Academia Nacional de Ciencias1 muestra que cambian la actividad de regiones específicas del cerebro y hacen que sea difícil para las diferentes partes del cerebro comunicarse unas con otras.

El neurocientífico Laura Lewis del Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge y sus colegas utilizaron microelectrodos para medir la actividad de las células individuales y las redes de neuronas en el cerebro de tres personas que estaban a punto de someterse a neurocirugía para la epilepsia. Cada paciente recibió una dosis única del anestésico general propofol, y su capacidad para responder a los estímulos auditivos se utilizó para determinar cuando los pacientes se deslizaron hacia la inconsciencia.

Los investigadores encontraron que la pérdida de la consciencia coincidió con el rápido inicio de las ondas cerebrales conocidas como oscilaciones lentas.

«Nos sorprendimos al encontrar que las oscilaciones lentas comenzaron de manera tan abrupta», dice Lewis. «Su inicio fue repentino, y en el momento exacto en el que los pacientes pierden la conciencia».

Las oscilaciones iniciaron en momentos diferentes en distintas regiones de la corteza cerebral y las neuronas individuales se convirtieron en mucho menos activas en general, con su actividad conectiva simultáneamente que las oscilaciones lentas en esa región.

Los investigadores proponen que las oscilaciones lentas hacen que el procesamiento de información dentro de las regiones cerebrales especializadas sea menos eficiente, e impiden que diferentes partes del cerebro se comuniquen entre sí.

«El hallazgo de que eran asíncronas a través del cerebro proporciona una nueva explicación de cómo las oscilaciones lentas podrían perturbar la comunicación entre las diferentes áreas del cerebro», dice Lewis. Pero Nick Franks, un biofísico en el Imperial College de Londres que estudia cómo actúan los anestésicos, dice que todavía no está claro si las oscilaciones lentas en realidad causan la pérdida de la consciencia o son simplemente una consecuencia de ella. Serán necesarios algunos trabajos más para determinar si la aparición de las oscilaciones lentas es suficiente para inducir la inconsciencia.

Lewis y sus colegas dicen que es posible que sus participantes tengan una actividad cerebral diferente de las personas sanas a causa de sus convulsiones y la medicación que estaban tomando para su epilepsia. Pero creen que esto es poco probable, ya que colocan los electrodos al menos a 2 centímetros de distancia del tejido anormal que causa los ataques, y también debido a que los efectos sobre el comportamiento eran los mismos que los observados en personas sanas.

Los investigadores dicen que sus hallazgos podrían conducir a mejores formas de controlar los efectos de la anestesia, y al desarrollo de mejores fármacos anestésicos.

Ellos planean ahora investigar si otros anestésicos generales actuar de la misma manera. «Es muy probable que esto se aplique a otros fármacos anestésicos», dice Lewis.

Naturedoi : 10.1038/nature.2012.11742

Anestesia general interrumpe comunicación cerebro: Nature News & Comment.

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Autismo (II) El futuro del tratamiento – BrainFacts.org

(este artículo es continuación de Autismo (I): el trastorno ……… publicado ayer)

Aunque no todas las partes del cerebro autista experimentan un crecimiento precoz en los primeros meses de su desarrollo, un área que lo hace coherentemente es la amígdala, un núcleo con forma de almendra en lo profundo de la corteza temporal que detecta el peligro en el entorno. Las personas con autismo presentan una amígdala de tamaño adulto mucho antes que los niños no autistas. Estas diferencias en el volumen del cerebro tienden a desaparecer a medida que los niños crecen (ya sea porque los núcleos homólogos no autistas acaban de desarrollarse, o porque las personas con autismo experimentan un aumento de la tasa normal de los procesos regresivos a su edad: la pérdida de células y disminución de conexiones). El destino del cerebro de los adultos mayores con autismo necesita mucha más investigación.

Debido a que algunas partes del cerebro autista crecen demasiado rápido, las conexiones entre las regiones cerebrales con desarrollo normal y con desarrollo rápido no pueden formarse adecuadamente. Muchos investigadores creen que en el autismo hay un desequilibrio entre la materia gris y blanca (las conexiones de larga distancia) del cerebro. Sofisticados análisis de las redes cerebrales responsables de la conducta social o el lenguaje demuestran que la actividad es menos coordinada que en el cerebro no autista.

Una pregunta parece obvia: ¿Qué lleva al aumento del tamaño del cerebro o de la amígdala en el autismo? Ahora no lo sabemos porque los cerebros de autistas jóvenes no han sido estudiados. Irónicamente, el análisis post-mortem de los cerebros de autistas mayores encontró menos neuronas de lo previsto en la amígdala y el lóbulo temporal, mientras que algunos cerebros muestran patrones característicos de la inflamación del cerebro, lo que sugiere la activación de las células inmunitarias especiales del cerebro, llamadas microglia. Estos hallazgos representan probablemente sólo la punta del iceberg de la neuropatología del autismo y sólo el análisis de un mayor número de cerebros en todo el ciclo de vida de las personas con autismo resolverá el enigma.

Tratamientos del autismo: los tratamientos farmacológicos están aún por llegar, pero hay eficaces terapias conductuales que ya funcionan

Actualmente no existen tratamientos farmacológicos para los síntomas centrales del autismo.  La Food and Drug Administration de EE.UU. ha aprobado el fármaco antipsicótico Risperdal como un tratamiento para la irritabilidad en los niños y adolescentes autistas, pero las actuales intervenciones más eficaces para los síntomas principales del autismo son las terapias conductuales (Análisis de Comportamiento Aplicado). Estas intervenciones, que comúnmente se hacen a los niños entre 20-40 horas a la semana por profesionales entrenados, sin lugar a dudas han mostrado beneficios en un porcentaje importante de niños con autismo, y cuanto antes se implementaron fueron todavía mejor. Desafortunadamente, el conocimiento neurocientífico de la eficacia de estas terapias sigue siendo escasa. Por otra parte, a causa de que los medicamentos se consideran intervenciones médicas y la terapia de comportamiento se considera terapia psicológica o educativa, los padres están luchando contra los proveedores de seguros médicos que se resisten a cubrir el costo de las terapias de comportamiento prescritas a pesar de que son el tratamiento actual más eficaz.

Conclusiones

Si bien el progreso en la comprensión de las causas del autismo ha sido sustancial, quedan muchos aspectos por resolver. ¿Por qué tantos genes diferentes aumentan el riesgo de autismo? ¿Por qué los genes implicados se vinculan al autismo en algunos individuos y con la esquizofrenia en otros? ¿Por qué es el autismo mucho más común en los varones que en las niñas? ¿Existen causas ambientales del autismo que son independientes de riesgo genético? ¿Por qué se asocian las características autistas comúnmente con los síndromes de discapacidad intelectual? ¿Es acaso el autismo un trastorno de las funciones cognitivas más complejas del cerebro humano y cualquier factor genético o ambiental que disminuye la capacidad cognitiva a menudo conduce a los síntomas del autismo?

Estamos a punto de comenzar a responder estas preguntas. El campo de la investigación sobre el autismo ha madurado notablemente en la última década con científicos penetrando cada vez más en la búsqueda de la información con herramientas cada vez más sofisticadas. La comunidad de familias con autismo y las personas con autismo se han convertido en los más entusiastas socios en los esfuerzos por comprender las causas del autismo y encontrar maneras de disminuir la discapacidad.

Trabajar con las personas afectadas individualmente, en cualquier momento, puede mejorar a los autistas de sus discapacidades. La aceptación, en lugar del tratamiento, también puede ser el camino de acción más prudente en algunos casos. La investigación tiene la posibilidad de ofrecer no sólo un alivio para las personas y familias con una discapacidad del desarrollo neurológico grave, sino también una idea de la organización del cerebro y las funciones que distinguen a los humanos de todas las demás especies.

Para leer más

Autism Speaks

Fundación Simons

Trastornos del espectro autista, los redactores: Amaral, Dawson, Geschwind, Oxford University Press , 2011

La Neuropsicología de Autismo, Editor, Fein, Oxford University Press , 2011

Autismo: El trastorno generalizado del desarrollo – BrainFacts.org.

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Terapia génica para la epilepsia – Noticias de Salud | abc.es

Ernesto Ortega

Última revisión miércoles 14 de noviembre de 2012

Dos nuevas técnicas de terapia génica han demostrado ser prometedoras para el tratamiento de la epilepsia, al menos en ratones. El primer enfoque detiene las convulsiones propias de esta enfermedad en los animales a través de una terapia que genera una sobreexpresión de un canal iónico de potasio en el cerebro; el segundo enfoque utiliza la luz láser para activar una proteína llamada halorhodospina en los cerebros de los roedores.

El equipo de Wykes Robert, del Instituto de Neurología de Londres, muestra que es posible detener la epilepsia a largo plazo utilizando un gen de los canales de iones potasio. Los investigadores inyectaron copias adicionales del gen en una región específica del cerebro del roedor. En situaciones normales, las neuronas tienen carga negativa, pero empiezan a activarse cuando se cargan positivamente. Así, explican los investigadores, el gen permite que los iones potasio se trasladen fuera de las células, lo que hace las neuronas tengan una carga más negativa y reduce el número de neuronas capaz de activarse para producir un ataque epiléptico. Esta terapia ha demostrado ser capaz de detener la epilepsia en los roedores, aparentemente sin efectos secundarios.

Láser

En el otro enfoque, los investigadores usaron un vector de lentivirus para suministrar un gen que expresa la proteína halorhodospina, que es sensible a la luz en los roedores. Con el empleo de fibra óptica, los científicos aplicaron la luz láser en una región específica del cerebro con el objetivo de activar halorhodospina; los resultados mostraron una disminución en la actividad convulsiva eléctrica en los animales.

Los resultados de este trabajo, que se publican en Science of Translational Medicine, muestran la evidencia de que la reorientación de las neuronas de la parte del cerebro que genera las convulsiones pueden beneficiar a las personas con epilepsia.

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La mielina | Scitable

La vaina de mielina: forma, tamaño y composición

Figura 1: Estructura de la fibra nerviosa mielínica
(A) Imagen de fibras nerviosas mielinizadas y conducción relativa al salto del potencial de acción. Se muestra un ejemplo de PNS mielinizadas fibras nerviosas. (B) Imagen de la sección transversal del axón mielinizadas en el entrenodo. (C) La luz de microscopía de un nervio ciático de ratón con un menor aumento. Tinción con azul de toluidina. La mielina se tiñe de azul. El tracto del nervio está lleno de estructuras en forma de anillo, lo que indica una sección transversal de las fibras nerviosas mielinizadas. (D) Microscopía electrónica de un axón mielinizado en un nervio de ratón a un aumento mayor. El axón está rodeado por una estructura multilaminar de mielina. (E) fibra nerviosa mielinizada reproducido in vitro por cocultivo de neuronas ganglionares de la raíz dorsal (rata) y células de Schwann. Segmentos de mielina están teñidas de rojo por un anticuerpo a la proteína básica de mielina, una molécula expresada específicamente en la mielina. Los nodos de Ranvier (flechas) se tiñen de verde por un anticuerpo uniendose a molécula nodal beta-IV espectrina.

¿Qué es exactamente la mielina? La mielina es una estructura membranosa laminada que rodea concéntricamente los axones mediante lamelas (o protuberancias celulares) que se repiten radialmente con períodos de aproximadamente 12 nanometros (Waxman, Kocsis y Stys 1995; Sherman y Brophy 2005). La lámina de mielina está formada por la fusión de las láminas internas de la membrana plasmática yuxtapuestas en células gliales, sin intervenir el citoplasma (Figura 1B).

Dependiendo de la localización, los diferentes tipos de células gliales producen mielina de una manera distinta. Las células de Schwann producen mielina en el sistema nervioso periférico (SNP: los nervios) y los oligodendrocitos en el sistema nervioso central (SNC: cerebro y médula espinal). En el SNP, una célula de Schwann forma una sola vaina de mielina (Figura 1A). Por el contrario, en el SNC, los oligodendrocitos generan procesos celulares que mandan mielinizar múltiples segmentos en muchos axones (Figura 2). Aunque hay varias diferencias moleculares y morfológicas entre las fibras nerviosas en el PNS y el CNS, la disposición básica de la vaina de mielina y las características electrofisiológicas son esencialmente las mismas.

¿Están todos los axones cubiertos de mielina? No, ya que pueden ser tanto mielinicos como amielínicos. Los axones mielinizados están envainado a lo largo de toda su longitud. El calibre del axón (diámetro) del SNP de mamíferos va desde  0,1 a 20 micras, con axones no mielinizadas inferiores a 2 micras y axones mielinizados mayores de 1-2 micras de diámetro. En el SNC, casi todos los axones con diámetros mayores de 0,2 micras están mielinizados. En sección transversal, el axón mielinizado aparece como un perfil casi circular rodeado por una vaina enrollada en espiral multilaminada (Figura 1C y D). Sorprendentemente, un axón mielinizado grande puede tener hasta 250 a 300 vueltas de envoltura de mielina alrededor de ella. La relación entre el diámetro del axón y la de la fibra nerviosa total (axón y mielina) es 0.6-0.7, una proporción que se mantiene independientemente del calibre del axón. La longitud de la vaina de mielina a lo largo del axón es de aproximadamente 1 mm en el SNP. Entre dos segmentos adyacentes de mielina, hay lagunas (vacíos) aproximadamente de 1 micra llamados nodos de Ranvier (Figura 1A y E). En los nodos, el axón se expone al espacio extracelular.

Figura 2: El destino de los axones de mielina
Se ilustra el caso en el SNC. Después de desmielinización, un axón desmielinizado tiene dos posibles destinos. La respuesta normal a la desmielinización, al menos en la mayoría de los modelos experimentales, es la remielinización espontánea que implique la generación de nuevos oligodendrocitos. En algunas circunstancias, la remielinización falla, dejando los axones e incluso toda la neurona vulnerables a la degeneración.

La señalización axonal regula la mielinización

¿Cómo se genera de forma tan exacta la envoltura en espiral de la vaina de mielina alrededor de los axones? Un mecanismo ha sido identificado en la mielinización del SNP. En el SNP, la proteína neuregulina 1 tipo III se expresa en la superficie del axón e interactúa con los receptores ErbB gliales, y tiene un papel fundamental en la diferenciación de las células de Schwann y su mielinización (para una revisión, ver Nave & Salzer 2006). Las neuronas no mielinizadas del sistema autónomo expresan niveles bajos de neuregulina 1 tipo III sobre la superficie del axón, mientras que los axones fuertemente mielinizados expresan altos niveles.

Sin neuregulina 1 tipo III, las células de Schwann en cultivo derivadas de ratones mutantes en ésta no pueden mielinizar neuronas en la médula espinal (neuronas ganglionares de la raíz dorsal). Expresión Curiosamente, en fibras no mielinizadas normalmente, forzada de neuregulina III 1 tipo en las fibras postganglionares de las neuronas simpáticas cultivadas en un cultivo puede ser obligado a mielinizar.Así, el nivel de neuregulina III 1 Tipo de axones en el SNP es una señal clave instructivo para la mielinización. Además, por encima del umbral, la formación de la mielina se correlaciona con la cantidad de neuregulina III 1 tipo presentado por el axón de la célula de Schwann. La reducción de expresión de neuregulina III 1 tipo conduce a una más delgada que la vaina de mielina normal en losheterocigotos ratones mutantes de esta molécula . En contraste, los ratones transgénicos que sobreexpresan neuregulina 1 se convierten en hypermyelinated.

Una pregunta interesante es ¿la neuregulina-ErbB de señalización regula la mielinización del SNC también? Aunque varios trabajos muestran que los oligodendrocitos responden a la neuregulina 1 in vitro, el análisis de una serie de condicionales animales nulos mutantes que carecen de neuregulina 1 mostró mielinización normal (Brinkmann et al. 2008). Todavía no está claro cómo se regula la mielinización en el SNC.

La mielina facilita la transmisión de impulsos rápidos a lo largo de los axones

¿Cómo mejorar la velocidad de mielina de acción potencial de propagación? Se aísla el axón y el montaje de la estructura molecular especializado en los nodos de Ranvier. En axones mielinizados, el potencial de acción se desplaza continuamente a lo largo de los axones. Por ejemplo, en las fibras C sin mielina que conducen el dolor o la temperatura (0,4-1,2 micras de diámetro), la velocidad de conducción a lo largo del axón es 0.5-2.0 m / s (más rápido que caminar o trotar).

Por el contrario, entre las fibras nerviosas mielinizadas, los axones son en su mayoría cubierto por vainas de mielina, y las corrientes transmembrana sólo puede ocurrir en los nodos de Ranvier donde se expone la membrana axonal. La mielina es rica en lípidos (aproximadamente 80%) y por lo tanto puede actuar como un aislante (es decir, alta resistencia transversal y una capacitancia eléctrica de baja) a lo largo de los segmentos internodales. Por ejemplo, la velocidad de conducción en los axones mielinizados más a fondo (12-20 micras de diámetro) es 70-120 m / s ( carrera de velocidad del vehículo), aunque otros factores, tales como calibre axón puede influir en esta velocidad.

En los nodos, voltaje canales de sodio son altamente acumulado y son responsables de la generación de potenciales de acción. Para inducir y mantener nodales grupos de canales de sodio, moléculas específicas también son enriquecidos en axones nodales, incluyendo moléculas de adhesión celular tales como Neurofascin 186 y las proteínas del citoesqueleto y de soporte, como por BIV espectrina (Poliak y Peles 2003; Susuki y Rasband 2008). La mielina ayuda a armar esta organización nodal molecular. Por ejemplo, durante el desarrollo de PNS fibras nerviosas mielinizadas, una molécula llamada gliomedin es secretada por células de Schwann mielinizantes luego incorporado en la extracelular matriz circundante nodos, en la que promueve ensamblaje de moléculas nodales axonales. Debido a la presencia de la vaina de mielina aislante en entrenudos y voltaje canales de sodio en los nodos, el potencial de acción en fibras nerviosas mielinizadas saltos de un nodo a otro. Este modo de viajar por el potencial de acción se denomina «conducción saltatoria» y permite la propagación del impulso rápido (Figura 1A).

References and Recommended Reading


Brinkmann, B. G. et al. Neuregulin-1/ErbB signaling serves distinct functions in myelination of the peripheral and central nervous system.Neuron 59, 581–595 (2008).

Franklin, R. J. & ffrench-Constant, C. Remyelination in the CNS: From biology to therapy. Nature Reviews Neuroscience 9, 839–855 (2008).

Nave, K. A. & Salzer, J. L. Axonal regulation of myelination by neuregulin 1. Current Opinion in Neurobiology 16, 492–500 (2006).

Poliak, S. & Peles, E. The local differentiation of myelinated axons at nodes of Ranvier. Nature Reviews Neuroscience 4, 968–980 (2003).

Sherman, D. L. & Brophy, P. J. Mechanisms of axon ensheathment and myelin growth. Nature Reviews Neuroscience 6, 683–690 (2005).

Siffrin, V. et al. Multiple sclerosis — candidate mechanisms underlying CNS atrophy. Trends in Neurosciences 33, 202–210 (2010).

Susuki, K. & Rasband, M. N. Molecular mechanisms of node of Ranvier formation. Current Opinion in Cell Biology 20, 616–623 (2008).

Waxman, S. G., Kocsis, J. D. & Stys, P. K., eds. The Axon: Structure, Function and Pathophysiology. New York: Oxford University Press, 1995.

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