Crédito: CC0 Public Domain
La forma en que las células cerebrales se comunican entre sí sigue siendo un gran misterio, pero una sonda que registra las señales de las neuronas con una claridad y la precisión puede ayudar a desbloquear esos secretos, según un estudio realizado por investigadores del Hospital General de Massachusetts (MGH) y colegas de varias otras instituciones. Estos hallazgos, publicados en Nature Neuroscience, podrían sentar las bases para una mejor comprensión de cómo funciona el cerebro, los orígenes de las enfermedades neurológicas y más.
En 2017, una empresa de tecnología digital de Bélgica llamada IMEC, junto con el Instituto Médico Howard Hughes (incluido el campus de investigación de Janelia), presentó la sonda Neuropixels, una herramienta para registrar la actividad de las células cerebrales o neuronas. «El dispositivo Neuropixels ha revolucionado el campo de la neurociencia», dice la neurocientífica y electrofisióloga Angelique Paulk, Ph.D., investigadora del Centro de Neurotecnología y Neurorecuperación del MGH y autora principal del estudio.
Tecnologías anteriores para registrar la actividad de las neuronas generalmente dependía de electrodos relativamente grandes insertados en el cerebro. «Pueden tomar muestras de la actividad de miles de células cerebrales a la vez, pero eso produce una vista borrosa», dice Paulk. Cambia a una analogía de audio para describir la calidad de las grabaciones de los dispositivos más antiguos: imagínese de pie en medio de un estadio de fútbol repleto, escuchando el rugido de la multitud. Por el contrario, la sonda Neuropixels es mucho más pequeña, pero tiene una resolución muy superior. «En cambio, es como si pudieras grabar cientos de voces individuales, cada una con su propio micrófono», dice Paulk.
Sin embargo, la sonda Neuropixels original fue diseñada como una herramienta de investigación para usar en pequeños animales de laboratorio como roedores. Los neurocientíficos expresaron inmediatamente su interés en una herramienta que podría usarse para estudiar el cerebro humano, lo que requería algunas modificaciones. Por ejemplo, la sonda Neuropixels original era demasiado frágil para su uso en el gran cerebro humano, por lo que tuvo que hacerse más gruesa. Aún así, dice Paulk, la sonda tiene solo el ancho de unos tres cabellos.
El objetivo del informe de Nature Neuroscience era desarrollar técnicas para utilizar la sonda Neuropixels modificada para registrar la actividad cerebral en pacientes humanos sometidos a neurocirugía en un quirófano. Nueve pacientes ya programados para someterse a una neurocirugía para tratar varias afecciones diferentes dieron su consentimiento para que los neurocirujanos del MGH registraran su actividad cerebral durante los procedimientos.
El equipo, que incluía al especialista en epilepsia Sydney Cash, MD, Ph.D., y el neurocirujano Ziv Williams, MD, ambos de MGH, enfrentaron desafíos al usar la sonda Neuropixels en humanos, ya que seis intentos de registrar la actividad cerebral no tuvieron éxito. Sin embargo, pudieron registrar con éxito la actividad cerebral en tres pacientes, uno en tratamiento por epilepsia, mientras que los otros dos recibieron implantes para proporcionar estimulación cerebral profunda para el tratamiento de trastornos del movimiento. En uno de estos últimos pacientes, el equipo registró la actividad de 202 neuronas individuales.
¿Por qué es importante registrar el comportamiento de las neuronas individuales? «Gracias a las nuevas herramientas de mayor resolución, estamos descubriendo que diferentes tipos de células están haciendo cosas muy interesantes», dice Paulk. Por ejemplo, las neuronas excitatorias generan señales, mientras que las neuronas inhibitorias las ralentizan o las detienen. Pequeñas sondas ya disponibles pueden registrar la actividad de una o dos neuronas, «pero eso significa que en realidad no estás capturando la diversidad de tipos de células», dice Paulk. «Poder tomar muestras de 200 células al mismo tiempo nos dice cómo se comunican las células entre sí. Es esa interacción especial la que permite que funcionen nuestros circuitos cerebrales».
Descifrar la comunicación entre neuronas con la ayuda de la sonda Neuropixels y otras herramientas podrían conducir a nuevas revelaciones sobre condiciones neurológicas como la epilepsia y cómo las células tumorales invaden las células vecinas en el cerebro, dice Paulk, así como ayudar a los desarrolladores de herramientas que permitan a las personas discapacitadas usar sus cerebros para operar computadoras y dispositivos robóticos que les permiten vivir de manera más independiente. En última instancia, esta nueva tecnología podría proporcionar información valiosa sobre la naturaleza misma de la cognición, como la forma en que formamos pensamientos y percibimos el mundo que nos rodea.
Paulk es profesor de Neurología en la Facultad de Medicina de Harvard (HMS). Cash es profesor asociado de Neurología en HMS y dirige el Cash Lab en el MGH Center for Neurotechnology and Neurorecovery. Williams es profesor asociado de Neurocirugía en HMS y dirige el Laboratorio Williams en el Centro para la Reparación del Sistema Nervioso en HMS.
Explore más
Las últimas sondas de Neuropixels pueden rastrear neuronas durante semanas Más información: Angelique C. Paulk et al, Grabaciones neuronales a gran escala con resolución de una sola neurona usando sondas de Neuropixels en la corteza humana, Neurociencia de la naturaleza (2022). DOI: 10.1038/s41593-021-00997-0 Información de la revista: Nature Neuroscience
Proporcionado por el Hospital General de Massachusetts Cita: La sonda de alta resolución puede ayudar a descubrir secretos de función cerebral y enfermedades neurológicas (2022, 14 de febrero) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-02-high-solution-probe-secrets-brain-function.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.