28 abril 2018

De la carne a la mente: la raíz de la conciencia

Por Douwe Draaisma / Nature 

Una célula nerviosa se representa en colores del arco iris sobre un fondo gris: una masa central de materia con zarcillos que se extienden hacia afuera.
Una célula nerviosa en el cerebro humano, vista en un color falso bajo un microscopio electrónico de barrido. Crédito: David Scharf / SPL
The Consciousness Instinct: Unraveling the Mystery of How the Brain Makes the Mind Michael S. Gazzaniga Farrar, Straus y Giroux: 2018.
En abril de 1648, un joven admirador de René Descartes visitó al filósofo francés en su finca en la costa holandesa. Con el objetivo de discutir los puntos cardinales de la filosofía cartesiana, Frans Burman había marcado más de 70 pasajes en las obras de Descartes. ¿Cómo, preguntó, pueden el alma y el cuerpo afectarse entre sí, dada su diferencia fundamental? Descartes admitió que la pregunta era espinosa, pero señaló la evidencia de que sí lo hacen, por ejemplo, en la emoción. El misterio radica en el mecanismo, y esto, confió Descartes, tal vez fue mejor dejarlo a los teólogos.
El neurocientífico Michael Gazzaniga aborda este permanente problema mente-cuerpo de nuevo en The Consciousness Instinct . Su subtítulo, Desenmarañando el misterio de cómo el cerebro crea la mente, reformula el enigma de Descartes en una promesa audaz. Gazzaniga es un audaz científico. Se hizo famoso en la década de 1960 a través de un trabajo pionero en cortar la conexión entre los hemisferios izquierdo y derecho del cerebro ("cerebros divididos"), como su autobiografía detalla vívidamente (D. Draaisma Nature 518, 298-299, 2015 ).
Su último libro es sin duda evidencia de que los estudiosos que avanzan en edad (Gazzaniga ahora tiene 78) a menudo confían en sí mismos con preguntas científicas y filosóficas cada vez más amplias. De este modo, guía a los lectores a través de la neurología, la biología y la psicología, discutiendo el origen y las bases neuronales del lenguaje o el mecanismo del reconocimiento facial. Evoca las leyes del movimiento de Isaac Newton, las teorías especiales y generales de la relatividad y la física cuántica, sorprendentemente, para un hombre con un punto ciego confeso de abstracción matemática.
La gira produce un par de lecciones útiles. Con el biólogo teórico Howard Pattee, Gazzaniga enfatiza que debemos resistir el atractivo de la "falacia de explicación única": la idea de que una teoría puede abarcar todo, desde nuestro sentido de conciencia introspectivo hasta las partículas subatómicas del tejido cerebralLas explicaciones, afirma, deben considerarse dependientes del contexto, del mismo modo que la luz en la física cuántica a veces se comporta como ondas y, a veces, como partículas.
Gazzaniga define la conciencia como "el sentimiento subjetivo de una serie de instintos y / o recuerdos que se reproducen en el tiempo en un organismo". Señala que los casos clínicos - con los que pasó algunos años trabajando en salas neurológicas - agregan complejidades a la definición. Por ejemplo, las personas que no pueden moverse por completo todavía pueden estar conscientes, una afección atemorizante llamada síndrome de enclaustramiento. La conciencia puede estar ausente en el sonambulismoPor lo tanto, acoplarlo a la conducta es engañoso.
Tampoco es sencillo vincular la conciencia con partes del cerebro. Uno de los primeros hallazgos de Gazzaniga fue que la desconexión de los hemisferios izquierdo y derecho produjo dos sistemas conscientes separados; solo uno, generalmente apoyado por el cerebro izquierdo, fue capaz de expresarse en el lenguaje. Se había supuesto que la conciencia evolucionaba conjuntamente con la corteza cerebral, apoyando funciones "superiores" como el lenguaje y el razonamiento. Pero refiriéndose al trabajo del neurocientífico Björn Merker, Gazzaniga argumenta que la conciencia puede no estar necesariamente, o exclusivamente, encerrada en procesos corticales y lingüísticosEn algunos niños que nacen con un cerebro anterior seriamente comprometido, el tejido dañado es reemplazado por líquido (hidranencefalia). Crecen sin lenguaje, pero aún expresan sentimientos y tienen experiencias subjetivas. 
En una interesante discusión sobre la arquitectura del cerebro, Gazzaniga ofrece un símil mundano para la conciencia. Se debe pensar en el cerebro como una multitud de módulos, cada uno especializado para una sola tarea, como reconocer patrones o monitorear el ritmo en la músicaLos productos finales de estos módulos salen a la superficie y explotan como "burbujas en una olla de agua hirviendo", cada una de las cuales es una parte fugaz de nuestra conciencia. Nuestro sentido subjetivo de continuidad, descrito por el psicólogo pionero William James como "flujo de conciencia", podría ser una ilusión: simplemente experimentamos la rápida sucesión de elementos como un movimiento suave, como los marcos de una película. La metáfora de las burbujas parece ante todo una invitación a generar una teoría comprobable, y las observaciones de Gazzaniga proporcionarán casi con certeza gran parte del material de prueba.
Gazzaniga termina reflejando que la explicación final de cómo la mente emerge de la carne podría no ser "cálida y tierna". En cambio, podría competir con la mecánica cuántica por pura rareza contraintuitiva, flotando "mucho más allá de nuestras intuiciones e imaginaciones". 
Nature 556 , 26-27 (2018)
doi: 10.1038 / d41586-018-03920-
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27 abril 2018

Nanopartículas para manipular neuronas mediante luz


15/02/2018
Marta Pulido Salgado
Investigación y Ciencia
El uso de pequeñas moléculas capaces de absorber radiación infrarroja y emitir en el espectro visible permitiría estimular zonas cerebrales profundas, inalcanzables hasta la fecha.


Los científicos han diseñado partículas capaces de transformar luz infrarroja en radiación visible. Ello permite manipular la actividad neuronal en zonas profundas del cerebro, una limitación, hasta ahora, de la técnica conocida como optogenética. En la imagen, conexiones neuronales en el hipocampo de ratón. La región CA1 (verde) es responsable de la orientación espacial. En cambio, el área CA2 (rojo) desempeña un importante papel en la formación de recuerdos fruto de las relaciones sociales y la zona CA3 (azul) participa en la memoria a corto a plazo. [Flickr/NIH]


Controlar la actividad de los circuitos neuronales es uno de los mayores retos de la neurociencia. A fin de alcanzar este objetivo, en los últimos años los científicos han desarrollado distintas técnicas. Entre ellas destaca la optogenética, que permite manipular las neuronas mediante el uso de luz visible. Sin embargo, presenta ciertas limitaciones, pues este tipo de iluminación solo alcanza zonas cerebrales superficiales. Ahora, Thomas J. McHugh y su equipo, del Instituto de Ciencias del Cerebro Riken, en colaboración con la Universidad de Tokio, han desarrollado unas peculiares nanopartículas, capaces de absorber luz infrarroja y emitir en el espectro visible, que podrían resolver el problema.
En su trabajo, publicado por la revista Science, los investigadores insertaron proteínas fotosensibles, conocidas como canalrodopsinas, en las membranas neuronales de los ratones. Cuando la luz de onda corta, azul o verde, incide sobre dichas moléculas, estas actúan como canales iónicos que permiten la entrada de partículas con carga eléctrica. Ello excita las neuronas y provoca la transmisión de impulsos nerviosos. No obstante, el tejido cerebral absorbe la radiación azul o verde aplicada a través del cráneo. Este hecho impide el control de áreas profundas del cerebro. Así pues, para alcanzar estas regiones, se requiere la implantación de sondas invasivas.
Ante estos resultados, el grupo de McHugh diseñó nanopartículas con la capacidad de absorber luz infrarroja, que atraviesa tanto hueso como tejido, y convertirla en radiación visible.
La inyección de las singulares partículas en zonas cerebrales profundas permitió a los investigadores controlar la función neuronal mediante la estimulación de los canales fotosensibles, sin dañar el tejido. Así, fue posible activar las neuronas dopaminérgicas del área tegmental ventral, implicada en procesos de adición, recompensa y cognición. En el hipocampo, en cambio, los científicos fueron capaces de inhibir las células neuronales. Ello las protegió del daño provocado por el ácido kaínico, un estímulo sobreexcitador. Finalmente, la optogénetica mediada por nanopartículas permitió alterar la conducta de los roedores, en concreto, su capacidad de formar recuerdos relacionados con el miedo.
La técnica podría ayudar a tratar disfunciones neuronales como las observadas en la enfermedad de Parkinson. Sin embargo, será necesario caracterizar en profundidad la interacción entre las partículas y el tejido cerebral antes de aplicarla en humanos. Asegurar la biocompatibilidad y reducir posibles efectos secundarios es prioritario para McHugh y sus colaboradores. Por esta razón, en un futuro, planean realizar nuevos experimentos con el objetivo de optimizar el proceso y mejorar su precisión.
Referencia: «Near-infrared deep brain stimulation via upconversion nanoparticle–mediated optogenetics», de S. Chen et al. en Science, 359, 679–684, 9 de febrero de 2018.

Fotobiomodulación: una nueva y prometedora forma de mejorar la función cerebral

Por: 

Como es cada vez más evidente, existen múltiples métodos destinados a mejorar la función cerebral.

El entrenamiento cerebral y las prácticas de mindfulness se usan comúnmente. Los métodos basados en sustancias también son populares, incluidos los alucinógenos en forma de extractos de plantas y medicamentos. Igual que la estimulación transcraneal de corriente continua (tDCS) y la estimulación magnética transcraneal (TMS): todos estos son prometedores pero han sido cuestionados; por ejemplo, la reproducibilidad de los resultados de la estimulación eléctrica se cuestiona cada vez más.
Fig. 1: Vielight Neuro Alpha / Gamma en uso







Dentro de este contexto, la fotodomodulación (PBM) - terapia de luz de bajo nivel (LLLT) - está atrayendo mucha atención en estos días como una nueva y prometedora forma de mejorar el funcionamiento del cerebro. La PBM consiste en administrar luz a las células (incluidas las neuronas) que modulan las funciones tisulares.
La Fig. 1 ofrece una ilustración de un método popular de PBM transcraneal, con Vielight Neuro Alpha / Gamma en uso.

El caso científico de la fotobiomodulación (PBM)

Hay varios factores que apoyan PBM para la mejora del cerebro:
  • Sus mecanismos fundamentales de acción, basados en fotones que modifican las funciones mitocondriales, están bien investigados. La salud de las mitocondrias se reconoce cada vez más como fundamental en medicina.
  • El fotón no es químico, no es sintético y no es mecánico. Al activar las mitocondrias en pequeñas dosis, modula los tejidos sin mayores efectos secundarios. Su actividad de aprovechamiento de la vida parece ser un legado de la vida en la tierra que comenzó con la fotosíntesis.
  • Se ha encontrado que los efectos del PBM transcraneal son sistémicos y generalmente agnósticos en el tratamiento de los diferentes tipos de lesiones cerebrales.
  • Las nuevas pruebas están presentando el efecto de PBM en el potencial electrofisiológico del cerebro, así como la perfusión sanguínea mejorada, llenando algunas de las brechas más tempranas en la comprensión y validación de los mecanismos de PBM del cerebro.
Múltiples revisiones científicas, a las que se hace referencia a continuación, han identificado una serie de afecciones neurológicas, psiquiátricas y de neurodesarrollo que, en principio, pueden abordarse mediante la PBM transcraneal, desde el "quimiocerebro" hasta la depresión y la enfermedad de Parkinson. Con PBM entregado en la frente en un estudio controlado, por ejemplo, los sujetos demostraron una mejor memoria y estado de ánimo. Cuando se trató la frente derecha, mejoró la modificación sesgada de atención (ABM) en personas con depresión. Dirigir la luz infrarroja cercana (NIR) al cerebro también mejora el tiempo de reacción. La espectroscopía de infrarrojo cercano funcional (fNIRS) ha medido el aumento de la oxigenación cerebral en el cerebro después de una sola PBM transcraneal, lo que proporciona una explicación del aumento en el rendimiento observado.
En resumen, PBM parece tener un efecto positivo en cerebros sanos y enfermos.

El potencial en modulación selectiva

PBM puede ayudar a modular el cerebro de varias maneras:
  1. La perfusión de sangre, más aún en las áreas que rodean la fuente de luz
  2. Activación de reparación neuronal, restauración, crecimiento y reducción de la inflamación
  3. Aumento en la actividad neurotransmisora
  4. Modificación beneficiosa de la actividad de microglia
  5. Arrastramiento de oscilaciones cerebrales selectivas
  6. Potencial para modular la sincronía / coherencia focal
La figura 2 anterior identifica los procesos y beneficios del tejido. Para los ítems 5 y 6 en la lista anterior, Vielight y colaboradores están descubriendo que al invocar una frecuencia de pulso específica a 810 nm de longitud de onda, pueden influir significativamente en las oscilaciones cerebrales. En un estudio pendiente de publicación, la frecuencia del pulso gamma a 40 Hz puede regular de manera constante y significativa las oscilaciones más altas de gamma, beta y alfa; y desregular las theta y delta. Esto se presenta en la Fig. 3 a continuación. Las ubicaciones específicas también pueden ser arrastradas para tener una mayor o menor coherencia
Fig. 3: la invocación de 40 Hz con una longitud de onda de 810 nM regula al alza las ondas cerebrales gamma, beta y alfa, y regula negativamente las ondas theta y delta (los hallazgos están pendientes de publicación)
Como se discutió, la administración de NIR puede mejorar el tiempo de reacción y el rendimiento. La alta frecuencia en los rangos beta y gamma se ha asociado con la memoria y el rendimiento mental, aunque temporal. Los meditadores de alto nivel también presentan gamma persistente con alta potencia. Por lo tanto, es razonable suponer que el arrastre con pulsos de frecuencia gamma puede modular el cerebro para estados mentales de alto rendimiento en atención plena.

Expectativa para el futuro

La creciente evidencia parece apoyar el caso de que PBM puede mejorar la función cerebral, ya sea que el cerebro esté en una forma perfectamente saludable o haya sufrido insultos. Sin embargo, hay mucho por explorar. Específicamente, debido a que los cerebros parecen responder a PBM de maneras muy específicas, deberíamos poder personalizar los tratamientos y alterar selectivamente los estados mentales en el futuro.
En resumen, estas son las razones por las que veo la fotobiomodulación como una nueva y muy prometedora forma de mejorar la función cerebral.
-Dr. Lew Lim es el CEO y fundador de VieLight . Como ingeniero apasionado por ayudar a las personas, el Dr. Lim es co-inventor de varios dispositivos portátiles de fotodinometría (PBM) / terapia de luz de bajo nivel, y ha sido reconocido por el desarrollo de los sistemas de terapia de luz intranasal, particularmente para abordar el tratamiento neurológico

Gazzaniga: Cuentos de ambos lados del cerebro: una vida en la neurociencia

El libro Tales from Both Sides of the Brain: A Life in Neuroscience, de Michael S. Gazzaniga, es comentado por Douwe Draaisma para la revista Nature

Desde la década de 1940 en adelante, decenas de personas con epilepsia intratable fueron tratadas quirúrgicamente cortando su cuerpo calloso, el paquete de nervios que conecta los lados izquierdo y derecho del cerebro. En estos pacientes con "cerebro dividido", cada hemisferio funciona de forma independiente. Michael Gazzaniga, conocido como el padre de la neurociencia cognitiva, pasó más de 50 años investigando estas "divisiones", como las llama afectuosamente en su fascinante autobiografía, Tales from Both Sides of the Brain .
Michael Gazzaniga fue pionero en la investigación sobre cómo los hemisferios del cerebro pueden funcionar de forma independiente. Imagen: Rick Friedman / Corbis
Como estudiante de psicología en Dartmouth College en Hanover, New Hampshire, Gazzaniga se interesó en la forma en que el cerebro produce la mente. En el verano de 1960, se colocó en el lugar correcto: el laboratorio de Roger Sperry en el Instituto de Tecnología de California (Caltech) en Pasadena. Sperry había comenzado un programa de investigación sobre cerebros divididos, basado en estudios con gatos y monos. Gazzaniga y su compañero pionero Joseph Bogen extendieron esto a las personas que tuvieron la operación. A lo largo de las décadas, como relata Gazzaniga, el programa se ramificó para explorar la percepción, el lenguaje, el reconocimiento facial, el razonamiento y muchos otros procesos cognitivos. Produjo una gran cantidad de información sobre especialización hemisférica.
A medida que el libro se desarrolla, queda claro que los cerebros divididos presentan un conjunto anidado de acertijos. La primera es que aproximadamente 200 millones de fibras neuronales han sido cortadas, pero aparentemente no ocurre nada. Memoria, personalidad, cognición; todo está intacto
Para demostrar que ambos hemisferios están operando por separado se requieren procedimientos experimentales astutos, que Gazzaniga fue pionera a principios de la década de 1960. Estos revelaron el segundo acertijo, que el cerebro izquierdo puede ver y sentir cosas que el cerebro derecho no tiene, y viceversa, sin embargo, el paciente experimenta una mente única y unitaria. Incluso las discrepancias francas (el cerebro derecho ve una imagen de una persona desnuda, dejando que el cerebro izquierdo se pregunte por el sonrojo) son explicadas por la mente utilizando historias hábilmente improvisadas.
Estas historias apuntan a un tercer enigma. ¿Por qué los humanos, ya sea con un corpus callosum intacto o cortado, son tan izquierdistas? Los experimentos de cerebro dividido han apuntado a la existencia de un "narrador" o "intérprete", una facultad alojada en el hemisferio del lenguaje (casi siempre a la izquierda) que explica por qué nos comportamos como lo hacemos.
A diferencia de Bogen, quien propuso algunas teorías ahora desacreditadas sobre los habitantes blancos de las ciudades con "cerebro izquierdo" y los indios Hopi "de cerebro derecho" en la década de 1970, Gazzaniga siempre mantuvo una perspectiva sobria sobre las diferencias hemisféricas. Gran parte de su trabajo posterior sirvió para desacreditar la idea popular de un cerebro izquierdo racional y de corazón frío contra un cerebro derecho emocional e intuitivo.
En su autobiografía, Gazzaniga a menudo parece un hombre de dos mentes. Su estilo es coloquial y sin pretensiones (Caltech "estaba lleno de mentes brillantes y la mayoría de ellas corrían en círculos a mi alrededor"). Se confiesa un hombre que le gusta ver el panorama completo, dejando las matemáticas y los tecnicismos a los demás. Reconoce que el curso de una carrera, incluida la suya, a menudo está dirigida por la suerte y la coincidencia, más que por la estrategia. Reconoce una sorprendente nostalgia por aquellos días -previos a los comités de ética de investigación con animales-, cuando se usaban los gatos "del callejón".
Sin embargo, este tono alegremente desacoplado está ausente cuando Gazzaniga se refiere a sus experimentos. Su experimento con WJ, paciente de epilepsia de Bogen en 1962, fue el primero en revelar que cada hemisferio sigue siendo consciente de los estímulos procesados ​​por el otro. Bogen había sugerido experimentos previos y posteriores a la cirugía. "Así comienza una línea de investigación que, veinte años más tarde, casi al día, recibirá el Premio Nobel", señala Gazzaniga. Ese premio de 1981 (en Fisiología y Medicina) fue otorgado a Sperry por su investigación de cerebro dividido, no a Sperry, Gazzaniga y Bogen. Para entonces, la relación de Gazzaniga con Sperry se había vuelto tensa, y Sperry se negó a permitirle realizar más pruebas con pacientes en Caltech.
Gazzaniga escribe sobre Sperry con mucha admiración y poco afecto. Él lo retrata como un competidor ferozGazzaniga explica que en la etapa pionera de la investigación, las ideas se mezclan inextricablemente, y que en la ciencia, como en las familias, las personas pueden salir del mismo evento con diferentes recuerdos. Él claramente siente que el premio Nobel debería haber tenido más de un destinatario.
Gazzaniga estaba en el corazón de un programa de investigación fundamental y entabló amistades con luminarias de la neurociencia y la psicología, como David Premack, George Miller, Leon Festinger, Endel Tulving y Steven Pinker (quien escribió la introducción del libro). Por lo tanto, su apetito natural para contar historias jugosas detrás de escena es más que bienvenido. Los historiadores en particular siempre han apreciado el dictamen del filósofo del siglo XVIII, Bernard Mandeville, de que los vicios privados pueden convertirse en beneficios públicos.

04 marzo 2018

Nacemos genios creativos y el sistema educativo nos atonta, según científicos de la NASA

En TEDxTucson, el Dr. George Land soltó una bomba cuando le contó a su audiencia sobre el impactante resultado de una prueba de creatividad desarrollada para la NASA, que posteriormente se utilizó para evaluar a niños en edad escolar (el video completo está al final).

La NASA se puso en contacto con el Dr. George Land y Beth Jarman para desarrollar una prueba altamente especializada que les proporcionaría los medios para medir de manera efectiva el potencial creativo de los científicos e ingenieros de cohetes de la NASA. La prueba resultó ser muy exitosa para los propósitos de la NASA, pero los científicos se quedaron con algunas preguntas: ¿De dónde viene la creatividad? ¿Algunas personas nacen con él o se aprende? ¿O proviene de nuestra experiencia? Luego, los científicos le dieron la prueba a 1,600 niños de entre 4 y 5 años. Lo que encontraron los sorprendió. La prueba analiza la capacidad de proponer ideas nuevas, diferentes e innovadoras a los problemas. ¿Qué porcentaje de esos niños crees que cayó en la categoría de genio de la imaginación?
¡Un 98 por ciento completo!

La cosa se vuelve más interesante
Eso no fue todo. Los científicos estaban tan asombrados que decidieron hacer un estudio longitudinal y probaron a los niños de cinco años más tarde cuando tenían diez años. ¿El resultado? Solo el 30 por ciento de los niños ahora cayó en la categoría de genio de la imaginación.
¡Cuando los niños fueron evaluados a los 15 años, la cifra había bajado al 12 por ciento!
¿Y nosotros adultos? ¿Cuántos de nosotros todavía estamos en contacto con nuestro genio creativo después de años de ¿enseñanza? Lamentablemente, solo el 2 por ciento.
Y para aquellos que cuestionan la consistencia de estos resultados, o piensan que pueden ser incidentes aislados, estos resultados han sido replicados más de un millón de veces, informa Gavin Nascimento, cuyo artículo me alertó por primera vez sobre este sorprendente estudio y su impactante implicación: que el el sistema escolar, nuestra educación, nos roba nuestro genio creativo.

¿Ahora que? ¿Podemos recuperar nuestra creatividad?
Land dice que tenemos la capacidad de estar en ese 98 por ciento si queremos. De lo que encontraron en los estudios con niños y de cómo funcionan los cerebros, es que hay dos tipos de pensamiento que tienen lugar en el cerebro. Ambos usan diferentes partes del cerebro y es un tipo de paradigma totalmente diferente en el sentido de cómo forma algo en nuestras mentes.
Uno se llama divergente, es la imaginación, se usa para generar nuevas posibilidades. El otro se llama convergente, es cuando se está juzgando, se está tomando una decisión, se está probando algo, se está criticando, o se está evaluando.
Entonces, el pensamiento divergente funciona como un acelerador y el pensamiento convergente como un freno a nuestros mejores esfuerzos.
"Descubrimos que lo que les sucede a estos niños, a medida que los educamos, es que les enseñamos a hacer ambos tipos de pensamiento al mismo tiempo", dice Land.
Cuando alguien te pide que propongas nuevas ideas, cuando te topas con ellas, lo que más aprendes en la escuela es: "Ya eso lo intentamos antes", "Esa es una idea tonta", "No va a funcionar". Etcétera.
Este es el meollo del asunto y es lo que debemos dejar de hacer:
"Cuando miramos dentro del cerebro, descubrimos que las neuronas se enfrentan entre sí y disminuyen el poder del cerebro porque estamos constantemente juzgando, criticando y censurando", dice Land.
"Si operamos con miedo usamos una parte más pequeña del cerebro, pero cuando usamos el pensamiento creativo, el cerebro simplemente se ilumina".

¿Cual es la solución?
Necesitamos encontrar a ese niño de cinco años otra vez. Tenemos una capacidad, tal como el niño de cinco años, que nunca se va. "Es algo que hacemos todos los días cuando soñamos", nos recuerda Land.

Charla TEDxTucson de George Land - The failure of success














Traducido de Ideapod del artículo de Coert Engels - December 16, 2017
por Rubén Carvajal

28 febrero 2018

¿Todavía estás sediento? Depende de tu cerebro, no de tu cuerpo


Resultado de imagen para drinking water thirsty person

Un estudio en ratones sugiere que nuestros cerebros nos dicen cuándo comenzar y dejar de beber mucho antes de que nuestros cuerpos estén completamente hidratados.

Cuando el cuerpo se deshidrata, el cerebro nos dice que comencemos a beber fluidos. Pero, ¿qué nos dice cuándo detenernos? La respuesta parece ser un circuito cerebral que actúa como un medidor de agua, midiendo constantemente la cantidad de fluido que estamos absorbiendo, informa un equipo el miércoles en la revista Nature .


"Esto es sorprendente", dice Yuki Oka , autor principal del estudio e investigador del Instituto de Tecnología de California. El hallazgo parece explicar por qué nuestra sed desaparece casi de inmediato cuando comenzamos a beber, dice. El estudio se produce décadas después de que los investigadores descubrieron una pequeña área del cerebro conocida como el centro de la sed. Pero cómo funciona el centro de la sed había sido un misterio hasta los últimos años, cuando las nuevas herramientas y tecnologías han permitido a los investigadores manipular circuitos específicos en el cerebro.

En 2015, Oka fue parte de un equipo que ayudó a mostrar con precisión qué células del centro de la sed detectan la deshidratación y nos hacen sentir sedientos. Luego dirigió su atención a un comportamiento desconcertante relacionado con la sed. "Cuando los animales tienen sed, comienzan a beber", dice. "Pero ellos [también] tienen que dejar de beber, de lo contrario solo beberán una gran cantidad de agua, lo que no es saludable". Y se detienen, por supuesto. Pero lo sorprendente es que los animales dejan de beber mucho antes de que sus cuerpos tengan la oportunidad de absorber el líquido que están consumiendo.

"La hidratación del cuerpo toma de 10 a 15 minutos", dice Oka. "Pero normalmente, los animales dejan de beber en un minuto". De alguna manera, el cerebro se da cuenta de que el líquido está en camino y envía una señal que sacia la sed, a pesar de que el cuerpo todavía está deshidratado.
Oka se preguntó: "¿De dónde viene esta señal? ¿Cómo sabe el cerebro que estamos bebiendo agua?" Para averiguarlo, hizo que su equipo estudiara ratones usando técnicas que incluyen optogenética, lo que permite a los investigadores activar y desactivar los circuitos cerebrales en ratones vivos. Esto permitió al equipo identificar células especializadas en el centro de sed del animal que se dispararían cuando un ratón estaba bebiendo, pero se mantuvieron en silencio si el ratón estaba comiendo. La habilidad es notable porque ambas actividades usan los mismos músculos en la garganta, dice Oka. Él sospecha que las células pueden diferenciar entre los movimientos musculares rápidos de tragar y el ritmo más lento de masticar y tragar.

El equipo también demostró que estas células cerebrales especializadas formaban parte de un circuito que podía desconectar la señal de sed del cerebro. "Si estimulamos esas neuronas en un animal sediento, puedes dejar de beber agua por completo", dice. El hallazgo en ratones podría explicar un raro trastorno que ocurre en humanos, dice Walter Koroshetz , director del Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares, que ayudó a financiar el estudio. Se llama polidipsia psicógena y causa que las personas beban cantidades peligrosas de agua. "Te vuelves realmente enfermo", dice Koroshetz. Es posible, dice, que el trastorno sea causado por algún tipo de falla en el circuito cerebral que generalmente nos dice cuándo dejar de beber.

La investigación muestra cómo las nuevas herramientas permiten a los científicos ajustar circuitos cerebrales específicos de maneras que nunca antes pudieron, dice Koroshetz. Estas herramientas son en parte el resultado de un esfuerzo federal lanzado durante la administración de Obama llamado Iniciativa BRAIN cuyo objetivo es profundizar nuestra comprensión de cómo funcionan nuestros cerebros. "Estoy impresionado de lo que ha estado saliendo", dice Koroshetz. "Nadie podría imaginar hacer esto hace cuatro o cinco años".

Los científicos están comenzando con circuitos cerebrales que controlan las funciones básicas, como beber, dice Koroshetz. Pero una meta a largo plazo, dice, es aprender a manipular los circuitos implicados en trastornos psiquiátricos complejos como la depresión y la esquizofrenia.

28 de febrero de 2018 1:00 PM ET


Referencia:
Vineet Augustine, Sertan Kutal Gokce, Sangjun Lee, Bo Wang, Thomas J. Davidson, Frank Reimann, Fiona Gribble, Karl Deisseroth, Carlos Lois & Yuki Oka (2018). Hierarchical neural architecture underlying thirst regulation. doi:10.1038/nature25488

22 febrero 2018

Mecanismos neuroquímicos de la regulación del sueño

Ilustración simplificada de señalización purinérgica extracelular (Wikipedia)
El sueño es un estado conductual complejo, global y reversible de todos los mamíferos, que está regulado homeostáticamente. En general, también se define como un estado de inmovilidad rápidamente reversible y una respuesta sensorial reducida. Aún así, no hay una definición que haya tenido éxito en satisfacer todos los aspectos del sueño. La falla en definir el sueño como un comportamiento único radica en varios hechos: (1) el sueño no es un estado homogéneo, sino un continuo de cantidad de estados mixtos; (2) los mecanismos de control del sueño se manifiestan en todos los niveles de organización biológica, desde los genes y los mecanismos intracelulares hasta las redes de poblaciones neuronales dentro del sistema nervioso central que controlan el movimiento, la excitación, las funciones autónomas, el comportamiento y la cognición; (3) la actividad e interacciones de estas poblaciones neuronales neuroquímicamente muy heterogéneas dependen de dos ritmos biológicos: el ritmo circadiano de vigilia / sueño y ciclos periódicos de sueño NREM / REM como dos estados principales de sueño.

Hay varios niveles de control del sueño. Las áreas del cerebro anterior del cerebro sirven para controlar la neuropsicología del sueño; el sistema talamo-cortical controla los ritmos de sueño NREM, la activación y desactivación del EEG; el sistema hipocampo-cortical controla la consolidación de la memoria; Los núcleos supraquiasmáticos del hipotálamo son las fuentes del ritmo circadiano y el control del inicio del sueño; el control del ciclo periódico del sueño NREM / REM es realizado por poblaciones neuronales dentro de la protuberancia. Por su parte, el control de la vigilia es realizado por poblaciones neuronales dentro del tronco encefálico, el mesencéfalo, el hipotálamo y el cerebro basal anterior.

Los principales centros pontinos promotores de la vigilia son las neuronas noradrenérgicas del locus coeruleus, las neuronas serotonérgicas del núcleo del rafe dorsal y las neuronas colinérgicas del núcleo tegmental pedunculopontino y el núcleo tegmental laterodorsal. Las conexiones e interacciones recíprocas de estas neuronas, y su actividad de patrón de descarga opuesto desde la activación hasta el sueño NREM y REM, han sido el trasfondo de la hipótesis de interacción recíproca de la generación de sueño REM.

Las neuronas promotoras de la vigilia al nivel del mesencéfalo son neuronas glutamatérgicas de la formación reticular del mesencéfalo, neuronas dopaminérgicas de la sustancia negra y el área tegmental ventral. Todas las células promotoras de la vigilia a nivel pontino y del cerebro medio se proyectan dorsalmente para activar el sistema talamocortical, y ventralmente para activar los sistemas hipotálamo-corticales y basalocorticales.

También hay neuronas histamínérgicas hipotalámicas que estimulan la vigilia dentro del núcleo tuberomammilar del hipotálamo posterior y las neuronas hipocretinérgicas del hipotálamo lateral.

Las neuronas colinérgicas del prosencéfalo basal, además del control de la vigilia participan en el control de muchas conductas que estimulan la vigilia, como la atención, el procesamiento sensorial y el aprendizaje. Estudios moleculares recientes sugieren que el núcleo supraquiamático es un área encefálica de activación de la vigilia. El metabolito más importante acumulado endógenamente durante la vigilia que es responsable de iniciar el sueño es la adenosina. Además de la adenosina, los factores iniciadores del sueño son también GABA, glicina, PGD2 y citoquinas IL-1beta y TNF-alfa.

Adicionalmente, la hormona liberadora de la hormona del crecimiento (GHRH) aumenta la profundidad y la duración del sueño NREM.

Sobre la base de la hipótesis "flip-flop" del control del sueño REM, dos poblaciones neuronales GABA dentro de la protuberancia - el área REM-off (sustancia gris periaqueductal ventrolateral y tegmento pontino lateral) y el área REM (área sublaterodorsal y precoeruleus) están recíprocamente interconectadas y se inhiben mutuamente.

El área REM-off es activada por las neuronas orexinérgicas del hipotálamo lateral e es inhibida por las neuronas GABAérgicas y galaninas del núcleo preóptico ventrolateral hipotalámico. Las neuronas monoaminérgicas del núcleo del rafe dorsal y el locus coeruleus son excitatorias, mientras que las neuronas colinérgicas del PPT / LDT son moduladoras inhibidoras del área REM-off del interruptor "flip-flop".

Aunque se han acumulado muchos conocimientos y avances en la investigación del sueño, todavía no se tiene una explicación significativa para la función real del sueño. La falta de sueño durante 2-3 semanas en ratas es fatal. Muchas pruebas experimentales sugieren un papel del sueño REM en el desarrollo y la maduración del cerebro, la homeostasis sináptica, la memoria y el aprendizaje, pero el sueño no es universal con la misma función vital subyacente en todas las especies.

Traducido de Glas Srp Akad Nauka Med. 2009;(50):97-109. Neurochemical mechanisms of sleep regulation.

13 febrero 2018

La amígdala puede jugar un papel más grande de lo esperado en el reconocimiento facial

12 de febrero de 2018 
por Emily Bywaters, 
Universidad de Texas en Dallas

Una nueva investigación del Centro de BrainHealth en la Universidad de Texas en Dallas revela que la amígdala puede jugar un papel más importante en la capacidad del cerebro para reconocer las caras de lo que se pensaba anteriormente. En un estudio publicado en Neuropsychologia, los científicos encontraron que la amígdala respondió más específicamente a las caras que el área del giro fusiforme (FFA), parte del cerebro tradicionalmente asociada con el reconocimiento facial.
Illustration of the Time-Resolved Selection
Effects fMRI task (Chen et al., 2011).


"La amígdala es una parte del cerebro asociada con la supervivencia, luchar o escapar. Actúa como una puerta de entrada que regula a qué prestamos atención", dijo el Dr. Daniel C. Krawczyk, subdirector del Centro de Salud del Cerebro y profesor asociado en el Escuela de Ciencias del Comportamiento y Cerebro. "Es de esperar que la amígdala se active en presencia de rostros temibles o amenazantes, algo que nuestro cerebro podría percibir como potencialmente perjudicial para nuestra supervivencia. Sin embargo, nos sorprendió descubrir cuán activa se muestra la amígdala en presencia de caras emocionalmente neutrales. "
La investigación incluyó a 69 participantes, entre 19 y 65 años, que tenían una lesión cerebral traumática (TBI) al menos seis meses antes. Más de la mitad de los participantes tenían algunos síntomas de trastorno de estrés postraumático. "Este hallazgo resalta la importancia de la cognición social, que incluye la capacidad de reconocer rostros. Este proceso es clave para nuestra supervivencia", dijo Krawczyk, coautor del estudio y Debbie y Jim Francis Chair en Behavioral Brain Sciences. 
Los resultados son similares a un estudio previo que se realizó con personas sin TBI. "Si bien este estudio ayuda a dilucidar aún más el papel de la amígdala en el reconocimiento visual y la memoria, no es exclusiva de los pacientes con TBI e indica que está justificada una mayor investigación con otras poblaciones de pacientes", dijo la Dra. Leanne R. Young, directora ejecutiva del Brain Performance Institute en el Center for BrainHealth, quien dirigió el estudio.
En el estudio, la resonancia magnética funcional midió los cambios en la señal dependiente del nivel de oxígeno en la sangre en la amígdala izquierda y derecha a medida que los participantes observaban una serie de caras y escenas neutrales. Los participantes fueron instruidos para concentrarse en imágenes de rostros y escenas, rostros o escenas, o ambos simultáneamente.
En el 60% de los casos se encontró evidencia de que la amígdala mostraba actividad selectiva hacia las caras de los participantes, lo que demuestra que la amígdala responde fuertemente a las caras neutrales. La amígdala fue menos sensible que el FFA a estímulos de escena. Esta especificidad facial es de particular interés para las tareas de neuroimagen utilizadas para evaluar el impacto de las deficiencias del lóbulo frontal en la atención estratégica.

"Numerosos estudios han revelado que la amígdala es fundamental para el procesamiento consciente y no consciente de las expresiones faciales, y un conjunto más pequeño de estudios ha revelado un papel de la amígdala en la evaluación de si un individuo parece ser confiable o no. Nuestro estudio, sin embargo, es el primero en indicar que la amígdala realmente responde de manera más selectiva a las caras que el área del giro fusiforme ", dijo Young. "Estos hallazgos nos llevan a creer que la amígdala puede obtener una 'vista previa' antes de que la corteza visual primaria del cerebro envíe la señal al área fusiforme".

Referencia: Leanne R. Young et al. Amygdala activation as a marker for selective attention toward neutral faces in a chronic traumatic brain injury population, Neuropsychologia (2017). 

25 diciembre 2017

La familia que no siente dolor

Sus genes podrían conducir a opciones de tratamiento para personas con dolor crónico.

Courtesy of Letizia Marsili
Cuando Letizia Marsili tenía seis años, le encantaba escalar cualquier cosa, desde ramas de árboles hasta postes de luz. Un día mientras escalaba un poste, se perforó el pecho con una astilla que sobresalía de la madera. En lugar de gritar de dolor, simplemente sacó la astilla de su carne, y cubrió el agujero sangriento con su camisa. Nadie se enteró que se había herido hasta que días después su madre se dio cuenta de la herida mientras la bañaba.
Letizia, ahora de 52 años, dice que esta fue una de las tantas veces en que tuvo un accidente, como una caída de bicicleta o un esguince de tobillo, y no reaccionó con dolor. "Pensé que tenía una personalidad fuerte", dice ella.
En realidad, Letizia tiene una mutación en uno de sus genes que produjo hipoalgesia congénita o trastorno de insensibilidad al dolor humano. Es una rara afección genética que hace que las personas no puedan sentir dolor y, a menudo, son insensibles a otros estímulos como el calor o la presión intensa. Uno de los colegas de Letizia, un investigador del dolor, sospechó por primera vez que ella podría ser insensible al dolor en el año 2000. Debido a que el trastorno es genético, descubrieron que cinco miembros de la familia de Letizia también lo tienen: su madre Mary, de 78; su hermana María Elena, 50; sus hijos Ludovico y Bernardo, 24 y 21; y su sobrina Virginia, 17.
Los Marsili brindan una oportunidad única para que los científicos descubran los genes que nos permiten sentir dolor. En un nuevo estudio publicado en Brain la semana pasada, un grupo de científicos anunció que había encontrado la mutación específica en el gen ZFHX2 en la familia Marsili y, con ella, un posible objetivo farmacológico para tratamientos alternativos del dolor.
La ausencia de dolor por lo general se presenta en familias enteras, personas que, por lo demás, son completamente normales, tanto intelectualmente como mentalmente. Son capaces de sentir el tacto, incluso un tacto muy ligero y la presión. Pueden sentir la diferencia entre el calor y el frío y, desde el punto de vista neurológico, también son normales. Pero cuando se trata de dolor, simplemente no lo sienten. Algunos casos son más severos que otros, dependiendo de la mutación genética que portan. James Cox, biólogo molecular del University College London y autor principal del nuevo estudio, dice que una familia con la que trabajó en el pasado tampoco tenía olfato.
La familia Marisili puede oler, y conserva algo de sensibilidad al dolor, sólo que está sencillamente embotado. Letizia dice que no les molesta la comida picante, y dado que son muy tolerantes al calor, a menudo no están envueltos en ropa de invierno cuando hace frío. Los otros miembros de la familia Marsili también han sufrido lesiones de las que no se habían percatado. Cox dice que la madre de Letizia una vez se cayó y se rompió el tobillo, y cuando fueron al médico, sus imágenes mostraron que una antigua fractura del tobillo. Ella no tenía ni idea. Lo mismo sucedió con el hijo de Letizia: los médicos notaron calcificación en el codo, lo que significa que se lo había roto sin darse cuenta.
Para encontrar el gen que causa la insensibilidad del dolor, Cox utilizó la secuenciación del exoma, un tipo de secuenciación genética en la que solo se analizan los genes que producen algo: una proteína o ARN no codificante. Al analizar a todos los miembros de la familia que padecen esta afección y compararlos con controles sanos de la población general, descubrió dos genes mutados que los indolentes Marsili tenían en común. Es un proceso laborioso: primero tomó sus muestras de sangre en 2010, e hizo tres intentos para determinar la mutación. Después de encontrar el gen, él y su colaborador, el neurobiólogo sensorial John Wood, usaron ratones para demostrar que el gen que encontraron estaba involucrado en el procesamiento del dolor.
Se han descubierto solo unos pocos genes que llevan a una persona a la insensibilidad al dolor, dice Geoff Woods, un genetista médico de la Universidad de Cambridge, que también estudia a familias indolentes, pero que no participó en este trabajo. "Es una anomalía algo extraña, porque si observamos el caso de las personas que nacen ciegas o sordas hay cientos de genes involucrados en la anomalía, mientras que con dolor son solo unos pocos".
El objetivo de encontrar estos genes es comprender cómo el cuerpo siente el dolor y cómo poder interrumpir el proceso en aquellos que padecen dolor crónico. Una de cada cuatro personas en los EE. UU. padece un dolor que dura más de 24 horas, y para aquellas personas que sufren de dolor crónico y se han vuelto resistentes a los opiáceos, aún no tenemos alternativas significativas que ofrecerles.
El gen que encontraron Cox y colaboradores produce una proteína muy grande que no tiene una función específica, pero afecta las funciones de otros genes y cuánto se expresan, es como un regulador del dolor. Si bien eso hace que sus hallazgos sean más complicados, Woods dice que también es algo emocionante. "De alguna manera nos muestra una vía", dice. "Si estás buscando un tratamiento para el dolor crónico, podrías encontrar alguna manera de bloquear este gen o algunos de sus dianas aguas abajo. Aunque es una familia terriblemente rara, y parece ser una mutación muy, muy rara, el mensaje más importante es que te está dando un montón de nuevos objetivos cuando estás pensando en controlar el dolor".
Woods había publicado con anterioridad estudios sobre dos genes que él encontró en familias que no sienten dolor, que están involucrados en cómo funcionan y se desarrollan las neuronas del dolor. "En cierta forma, son diferentes [al gen de Cox], en otra son muy parecidos", dice. "Formas tus neuronas del dolor, pero estas no pueden funcionar correctamente. Y entonces la idea del tratamiento del dolor obviamente sería: ¿cómo revertir el efecto de esos genes de manera de no destruir tus neuronas del dolor -porque ser completamente indoloro sería peligroso- sino hacer que permanezcan en reposo?" En otras palabras, en lugar de encontrar el interruptor de apagado para el dolor, Woods espera que este trabajo encuentre un interruptor más tenue y haga que las neuronas del dolor sean menos sensibles cuando se enciendan.
Pero los hallazgos genéticos no siempre se traducen perfectamente al tratamiento. Uno de los hallazgos genéticos más prometedores de Woods no tuvo mucho efecto cuando se anuló en un modelo de ratón. "Así que eso fue un verdadero shock para el sistema porque pensamos que sería una proteína maravillosa y un gen a bloquear", dice. "Debería ser un hermoso analgésico, y sin embargo no lo es".
Un fármaco basado en otro gen, identificado hace décadas en familias insensibles al dolor, ahora está siendo probado en ensayos clínicos y Woods dice que esos ensayos son muy prometedores. Ha habido solo unas pocas familias en el mundo con esa mutación específica, dice. "Pero a pesar de esa rareza, todavía nos muestra una vía de dolor, que si la bloqueas, bloqueas el dolor y sin ningún efecto secundario", dice. "Entonces son dos pasos: el descubrimiento clínico y la prueba inicial de que el gen es importante para el dolor, y luego, un tipo completamente diferente de descubrimiento sobre las moléculas para bloquear esa interacción específica ".
Sin embargo, es importante recordar que el objetivo de este trabajo no es recrear la indolora sensación que sienten estas familias, sino descubrir los caminos que nos permitan reducir el dolor en aquellas personas que aparentemente no pueden dejar de sentirlo. No deberíamos tener envidia de la falta de dolor, porque es un mecanismo protector, dice Cox.
Los Marsili no tuvieron ningún problema grave cuando eran niños, pero los niños pequeños que no pueden sentir dolor a menudo sí los tienen: se muerden la punta de los dedos o se lesionan los labios, la boca y otras partes del cuerpo, porque eso hacen los niños pequeños, exploran el mundo con la boca y los dientes", dice Woods. "Y algunos podrían sufrir quemaduras porque simplemente se sentarán en un radiador o pondrán su mano en un plato caliente". Woods dice que un niño de 12 años al que trató, le encantaba pelear en la escuela. "Es un comportamiento que solo haces si no sientes dolor".
Woods dice que, desafortunadamente, es común que haya gente que se lastime gravemente, y a veces muera, por no sentir dolor. "Es un hallazgo común encontrado en cualquier tipo de indolencia congénita", dice. "Por lo general serán hombres que morirán prematuramente. Eso es porque toman riesgos excesivos. No hay dolor que restrinja su comportamiento, y tenemos varias historias trágicas donde los hombres, en particular, han hecho cosas locas porque no había ninguna razón para que ellos no las hicieran. Incluso si tuvieron una mala caída o una lesión, simplemente no fue doloroso ".
Irónicamente, si no sientes dolor, es muy importante actuar con moderación, dice Woods. Letizia dice que ahora que su familia sabe su condición, intentan prestar atención a todo lo que sienten, por leve que sea, como una indicación de que podrían estar heridos. "Lo positivo del caso es que casi siempre estamos bien, lo negativo es que debemos escuchar a nuestro cuerpo muy bien para evitar subestimar el dolor", dice.
Letizia Marsili, que es investigadora en ecotoxicología marina de la Universidad de Siena, dice que le complace ofrecer a su familia como "conejillos de Indias" para ayudarlos a comprender su propia condición y ayudar a otros en el futuro. "La gente debería saber que ... hay que aprovechar las ventajas y dejar las desventajas atrás", dice.
Traducido de The Family That Doesn't Feel Pain con Google Translator / Proofreader: Rubén Carvajal Santana