Científicos sustituyen con éxito el cerebelo de una rata por un chip

Un equipo de investigadores de la Universidad de Tel Aviv, en Israel, ha logrado restaurar en una rata una función cerebral previamente inhabilitada, mediante el implante de un cerebelo artificial. Este avance abre una nueva vía a la posibilidad de desarrollar implantes cerebrales que sustituyan áreas del cerebro humano dañadas por infartos cerebrales u otras condiciones. Estos implantes podrían ayudar incluso a recuperar procesos de aprendizaje perdidos por efecto del envejecimiento.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Tel Aviv (TAU), en Israel, ha logrado restaurar en una rata una función cerebral previamente inhabilitada, mediante el implante de un cerebelo artificial. 

Este avance abre una nueva vía a la posibilidad de desarrollar implantes cerebrales que sustituyan áreas del cerebro humano dañadas por infartos cerebrales u otras condiciones. Estos implantes podrían ayudar incluso a recuperar procesos de aprendizaje perdidos por efecto del envejecimiento. 

Comunicación en dos direcciones 

Según publica la revista Newscientist, los implantes de cóclea o las extremidades artificiales han probado ya que es posible conectar dispositivos electrónicos al cerebro. Sin embargo, hasta ahora, estos dispositivos han permitido sólo la comunicación en una dirección, desde el dispositivo hasta el cerebro o viceversa. 

Lo que han conseguido el investigador de la Universidad de Tel Aviv, Matti Mintz, y sus colaboradores ha sido crear un cerebelo sintético que puede recibir señales sensoriales del tronco cerebral, una región que actúa como medio de transmisión de la información neurológica procedente del resto del cuerpo. 

Pero no sólo eso: este cerebelo artificial es capaz de interpretar dichas señales y, después, enviar una señal a otra región diferente del mismo tronco cerebral, que a su vez impulsa a las neuronas motoras para que se ejecute un movimiento. 

Según explicó Mintz en el último encuentro Strategies for Engineered Negligible Senescence, organizado por la Sens Foundation de California y celebrado en Cambridge, este logro probaría que se puede “registrar información procedente del cerebro, analizarla de manera similar a como lo hace la red biológica, y devolverla al cerebro de nuevo”. 

Desarrollo del experimento 

Una de las funciones del cerebelo natural es ayudar a coordinar y a cronometrar los movimientos. Esto, junto al hecho de que el cerebelo tiene una arquitectura neuronal sencilla, lo convierte en una región del cerebro óptima para su reproducción sintética. Mintz afirma que “conocemos la anatomía del cerebelo y algunos de sus comportamientos casi perfectamente”. 

Los científicos analizaron las señales enviadas a un cerebelo real y las señales que éste generaba como respuesta. Después, usaron esta información para crear una versión artificial del cerebelo en un chip, que fue situado en el exterior del cráneo de la rata y conectado al cerebro de ésta a través de electrodos.

Para probar el chip, en primer lugar se anestesió a la rata y se le incapacitó su cerebelo real. Después, se intentó enseñar al animal un reflejo motor condicionado, un parpadeo, mediante la combinación de un tono auditivo y una ráfaga de aire vertida sobre sus ojos. 

El animal fue incapaz de aprender este reflejo antes de que le fuera incorporado el chip. Sin embargo, una vez que le fue conectado el cerebelo sintético, se comportó como un animal corriente, y aprendió a relacionar el sonido con la necesidad de parpadear. Por tanto, el circuito artificial funcionó como un circuito neurológico natural. 

El siguiente paso que pretenden dar los investigadores es modelar áreas más extensas del cerebelo, que permitan aprender secuencias de movimientos, y probar un nuevo chip con estas características en otro animal consciente. 

Según uno de los colaboradores de Mintz, el investigador Robert Prueckl, de Guger Technologies en Graz, Austria, nuevos avances podrían producirse con el desarrollo de softwares mejorados y mejores técnicas de implantación de electrodos. El objetivo último será fabricar chips que mimeticen áreas complejas del cerebro. 

Contexto de la investigación 

En su presentación en el encuentro de la Sens Foundation, Mintz explicó que la calidad y la esperanza de vida humanas se ven condicionadas por numerosas enfermedades cerebrales. En la actualidad, la recuperación de estos problemas está basada en intervenciones dirigidas a la activación de procesos de auto-reparación cerebral. 

Se espera que futuros avances en intervenciones biológicas, como las intervenciones genéticas o las terapias con células madre puedan promover la recuperación neuronal. Pero otra estrategia factible sería la de sustituir microcircuitos neuronales naturales por sus análogos sintéticos. 

Décadas de interacción entre las investigaciones científicas, los desarrollos tecnológicos y la demanda clínica creciente han dado lugar a nuevas técnicas de registro y estimulación de diversas áreas del cerebro. 

Hasta la fecha, la estimulación del cerebro ha conseguido paliar una gama de síntomas del Parkinson o del Trastorno obsesivo-compulsivo (TOC), y los análisis en regiones cerebrales profundas han permitido detectar el origen neuronal de los ataques epilépticos. La esperanza es que estas dos técnicas puedan ser interconectadas por un procesador a tiempo real, y utilizadas en sincronía con el cerebro. 

“Nuestro objetivo”, escribe Mintz, “era probar la factibilidad de una metodología híbrida de circuito cerrado para la rehabilitación de funciones cerebrales, mediante la sustitución de un microcircuito cerebral dañado”. Los resultados obtenidos han demostrado que esta metodología funciona. 

Avance previo 

En junio de 2010, Mintz y sus colaboradores anunciaron la creación de otro chip, el Rehabilitation Nano Chip o ReNaChip, capaz de proporcionar una estimulación precisa a regiones profundas del cerebro, lo que permitiría aliviar los efectos de trastornos como la depresión o el Parkinson. Estos trastornos requieren de una estimulación neuronal de gran precisión. 

Pero, además, según publicó la Universidad de Tel Aviv en un comunicado, el ReNaChip podría usarse en un futuro para restaurar funciones cerebrales perdidas después de un traumatismo producido por un accidente de tráfico o un infarto cerebral. 

La metodología utilizada por los investigadores en este caso consistió en registrar actividad neuronal a través de electrodos implantados en áreas dañadas del cerebro. A partir del análisis de esta actividad, se desarrollaron algoritmos para la estimulación de la actividad neuronal corriente, que fueron programados dentro del microchip para su posterior implantación en el cerebro.

Fuente: Tendencias21.net

Brain rhythms are key to learning

New study from MIT neuroscientists finds that brain waves shift frequency as a new task becomes routine.

Neuroscientists have long known of the existence of brain waves — rhythmic fluctuations of electrical activity believed to reflect the brain’s state. For example, during rest, brain activity slows down to an alpha rhythm of about eight to 10 hertz, or cycles per second.

It has been unclear what role, if any, these waves play in cognitive functions such as learning and memory. But now, a study from MIT neuroscientists shows that a switch between two of these rhythms is critical for learning habitual behavior.

In a paper appearing this week in the Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), the researchers report that as rats learn to run a maze, activity in a brain region that controls habit formation shifts from a fast, chaotic rhythm to a slower, more synchronized pace. That switch, which occurs just as the rats start to master the maze, likely signals that a habit has been formed, says MIT Institute Professor Ann Graybiel, senior author of the PNAS paper.

This is a major clue to how the brain reorganizes itself during learning, says Graybiel, who is also a principal investigator at the McGovern Institute for Brain Research at MIT.

Rhythms in the brain

Several brain waves of different frequencies have been observed in humans and other animals. This paper focused on beta waves, which range from 15 to 28 hertz, and high gamma waves, which range from 70 to 90 hertz. The beta band is associated with a lack of movement, and gamma with highly attentive states.

Graybiel and graduate student Mark Howe, lead author of the paper, set out to see if they could link these rhythms with the changes in brain state that accompany learning.

Graybiel’s lab has previously shown that patterns of electrical activity in a part of the brain known as the basal ganglia are critical for habit formation. Habits begin when you gain some benefit for taking a particular action, but eventually the behavior becomes ingrained and you do it even when you no longer get the reward. In extreme cases, this could mean continuing to scratch part of the body even after it stops itching, for example.

In this study, Howe looked at brain rhythms in a region at the very bottom of the basal ganglia, known as the ventral striatum. This area is necessary for responding to pain or pleasure, and is also highly involved in addiction.

Brain activity was measured as rats ran along a T-shaped maze, in which they had to learn to turn left or right in response to a sound. If they made the correct turn and reached the end of the maze, they received a reward: chocolate milk.

In the first few runs, while the rats were still learning the maze, the researchers saw bursts of ventral striatum activity in the gamma frequency range shortly before the rats finished the maze. This activity was dispersed throughout the ventral striatum: Cells synchronized with the rhythm at different times, in a fairly uncoordinated fashion.

When the rats began to catch on to how to earn the reward, the gamma activity faded away and was replaced with short bursts of activity in the beta band, a lower frequency, just after they finished the maze. The activity also became much more coordinated throughout the entire ventral striatum.

“Although there has been a lot of work on studying brain oscillations, there’s really no work looking at how oscillations in different frequency bands impact different parts of the learning process, and that’s what this paper does,” says Michael Frank, an associate professor of cognitive, linguistic and psychological sciences at Brown University who was not involved with the work.

Reinforcing habits

To get a deeper view of what was happening during this frequency shift, the researchers also measured activity from single neurons in the ventral striatum, and found that activity in two groups of neurons coordinated with the oscillations. Output neurons, which control the ventral striatum’s communication with the rest of the brain, spiked during the peaks of both gamma and beta oscillations. Another type, which inhibits the output neurons, spiked at the troughs of the oscillations.

“Whenever you have a strong rhythm, these two populations of neurons oscillate in opposite directions,” Howe says.

This finding suggests that while the rats are learning a new behavior, the high-frequency activity in the output neurons of the ventral striatum sends messages to the rest of the brain directing it to learn a new behavior, reinforced by the chocolate reward. Then, once the behavior is learned and a habit is formed, those messages are no longer needed, and are shut off by inhibitory neurons during the beta oscillations.

“As the rats were learning, that reinforcement signal goes away, because you really don’t need it,” Graybiel says. This is beneficial to the brain because once that habit is formed, “what you want to do is free up that bit of brain so you can do something else — form a new habit or think a great thought,” she says.

The researchers, including Howe, Graybiel, and other lab members Hisham Attalah, Dan Gibson and Andrew McCool, are now planning to investigate whether habit formation is interrupted if they alter the brain rhythms in the ventral striatum. They also want to identify more specifically the neurons that are involved. Identifying and controlling such neurons might offer a new way to help combat addiction — an extreme form of habitual behavior.


To see the original articule, please click the link below:
http://web.mit.edu/newsoffice/2011/habit-formation-0927.html

¿El contacto con mujeres atractivas afecta negativamente la salud de los hombres?

Introducción:

Una investigación reciente ha descubierto que la liberación de cortisol (hormona relacionada con situaciones de estrés) aumenta en un grupo de hombres cuando se encuentran en una situación de interacción social con mujeres atractivas. Según varios medios de comunicación, este estudio indica que las mujeres atractivas son perjudiciales para la salud. En este artículo analizo cuáles son exactamente los datos obtenidos y qué conclusiones son posibles y correctas a la luz de los resultados.

Sobre el origen de la investigación

Hace poco tiempo apareció en varios periódicos on-line un titular bastante llamativo: “Las mujeres guapas son perjudiciales para la salud” (http://www.20minutos.es/noticia/697214/9/guapa/ salud/hombres/). Esta noticia está basada en un trabajo reciente realizado por el grupo dirigido por Alicia Salvador, investigadora de la Universidad de Valencia. ¿Realmente se sigue tal conclusión de los datos de este estudio? Veamos lo que realmente hicieron los investigadores y las conclusiones a las que se puede llegar a partir de ellos.

En 2010, Leander van der Meij, Abraham Buunk y Alicia Salvador publicaron en la prestigiosa “Hormones and Behavior” un trabajo titulado “El contacto con mujeres atractivas afecta la liberación de cortisol en hombres”. Es cierto que si uno se queda en la mera lectura del título puede caer en la tentación de asociar el aumento de los niveles de cortisol con sus conocidos efectos nocivos, tales como la elevación de la glucemia, su vinculación con problemas cardíacos o, de manera más concreta, su relación con el estrés (Selye, 1956; Dickerson y Kemeny, 2004). Las conclusiones de los autores eran, sin embargo, mucho más moderadas.

Diseño del experimento

El diseño del experimento era sencillo: 84 hombres heterosexuales, todos ellos estudiantes de la Universidad de Valencia, fueron reclutados para una investigación sobre “secreción de hormonas”. Se controlaron mediante instrucciones el consumo de sustancias estimulantes, tabaco, alcohol, medicación, así como los hábitos de sueño durante al menos dos días antes de su participación. Una vez en el laboratorio, cada participante debía realizar una sencilla tarea de ordenador (intrascendente para la investigación real). Se tomaron muestras de saliva antes y después de realizar esta tarea. Estas muestras de saliva se usaron para medir el grado de liberación de cortisol. Posteriormente debían realizar un sudoku, pero antes de ello debían esperar cinco minutos acompañados de una persona, que podía ser hombre o mujer. Estas “personas estímulo” eran colaboradores de la investigación, estaban instruidos para mantener una conversación amigable durante la espera, y eran evaluados según su atractivo por los participantes después de su interacción social. Tras la realización del sudoku se volvía a tomar una tercera muestra de saliva.

No se encontraron cambios significativos en los niveles de cortisol entre la primera y la segunda medida de saliva, pero los resultados mostraron que los niveles de cortisol se incrementaban tras la interacción social con una mujer evaluada como atractiva por el participante.

Acercamiento a las conclusiones

En opinión de los autores, lo que ocurre en realidad es que los niveles de cortisol se incrementan ante una situación de “posible cortejo” (no se producía tal aumento si el contacto era con mujeres no atractivas para los participantes masculinos, ni cuando el contacto era con otros hombres).

Este incremento se puede explicar mediante la teoría de la “auto-preservación” social, que predice incrementos de cortisol cuando el bienestar psicológico se ve amenazado (Dickerson y Kemeny, 2004), entendiendo esta amenaza del bienestar psicológico como la posibilidad de perder el estatus social que la persona mantiene hasta ese momento. Es decir, si el hombre interacciona con una mujer atractiva se desata la predisposición al cortejo. Si el cortejo finalmente se llevase a cabo, llevaría asociada la posibilidad del rechazo. Este rechazo potencial es el hecho que resulta realmente amenazante para la integridad del estatus social del hombre, teniendo como consecuencia una experiencia de estrés.

Los medios masivos de comunicación no ayudan la objetividad científica

Como he comentado al inicio del artículo, dado lo impactante del título del artículo y del conocimiento existente sobre el cortisol (que ha sido relacionado con hiperglucemia, problemas cardiacos, relación con el estrés), este trabajo ha recibido amplia, y equivocada, repercusión mediática. Del trabajo original no se desprende una conclusión que cuadre con esos titulares sensacionalistas.

Es cierto que existe una relación entre el cortisol y el estrés, y también es sencillo encontrar trabajos rigurosos relacionando estrés y salud (p.ej., Cohen y Williamson, 1991; Chandola y col., 2008; Kulkarni, O’Farrel, Erasi y Mochar, 1998) lo cual puede inducir a pensar en la secuencia: mujer atractiva-cortisol-estrés-problemas de salud. Sin embargo, estas relaciones están mediadas de forma crucial por la magnitud de los cambios: situaciones de estrés leve o moderado son capaces de aumentar de forma detectable la liberación de cortisol, pero es necesaria una situación sostenida de alto estrés y altos niveles de cortisol para que sus efectos nocivos sobre la salud sean detectables (Pruessner, Hellhammer, Pruessner, y Lupien, 2003; Schulz, Kirschbaum, Prüssner y Hellhammer, 1998; Wüst, Wolf, Hellhammer, Federenko, Schommer y Kirschbaum, 2000).

Consejo

De ahí que no se pueda afirmar la existencia de una relación causal entre las mujeres atractivas y los problemas de salud. La próxima vez que se encuentre una noticia de este estilo, tómela con una pizca de sal.

Artículo escrito originalmente por:
Antonio González-Hernández (Dept. de Psicología Social, Antropología Social, Trabajo Social y Servicios Sociales, Universidad de Málaga, España)