PLOS, LIZA GROSSAMientras el polvo se asienta en torno al lanzamiento de la Iniciativa BRAIN del presidente Obama, los investigadores est\u00e1n evaluando el estado de la ciencia del mapeo cerebral. BRAIN tiene como objetivo mapear los circuitos del cerebro humano, vinculando la actividad el\u00e9ctrica y qu\u00edmica con el comportamiento y la cognici\u00f3n. Algunos creen que mapear el cerebro y sus actividades desmitificar\u00eda la mente humana y promover\u00eda el desarrollo de nuevos tratamientos. Otros sostienen que no es pr\u00e1ctico mapear todo el cerebro, con sus conexiones aparentemente infinitas.<\/p>\n
“Es seductor comparar este proyecto con el Proyecto Genoma Humano” dijo Emery Brown, neurocient\u00edfico y anestesi\u00f3logo del Instituto de Tecnolog\u00eda de Massachusetts, y asesor de la Iniciativa BRAIN. Sin embargo, agreg\u00f3, \u00abel mapeo del cerebro humano es mucho m\u00e1s complejo\u00bb.<\/p>\n
En t\u00e9rminos comparativos, los neurocient\u00edficos tal vez est\u00e9n tan cerca de mapear todo el cerebro hoy en d\u00eda como lo estuvieron Watson, Crick y Franklin de secuenciar todo el cerebro. genoma humano en la d\u00e9cada de 1950. Hoy’s…<\/p>\n
El cerebro se puede observar en varios niveles diferentes, desde mol\u00e9culas hasta c\u00e9lulas, circuitos y sistemas, y hasta el \u00f3rgano completo y sus vastas redes. Incluso dentro de estos niveles individuales, muchos cient\u00edficos optan por centrarse en dilucidar la estructura o la funci\u00f3n. Los investigadores observan el cerebro a trav\u00e9s de varios lentes diferentes, cada uno de los cuales permite una visi\u00f3n \u00fanica y matizada del \u00f3rgano complejo.<\/p>\n
Por supuesto, BRAIN no es la \u00fanica iniciativa a gran escala que tiene como objetivo mejorar la comprensi\u00f3n de los cient\u00edficos sobre el sistema nervioso central. sede. Por ejemplo, en junio, el Instituto Neurol\u00f3gico de Montreal y el Centro de Investigaci\u00f3n Jlich de Alemania dieron a conocer la representaci\u00f3n digital tridimensional del cerebro BigBrain atlasa, de libre acceso en l\u00ednea, y fue el resultado de un esfuerzo de 10 a\u00f1os que emple\u00f3 t\u00e9cnicas novedosas en anatom\u00eda macrosc\u00f3pica. y corte de tejidos, adem\u00e1s de tecnolog\u00eda inform\u00e1tica de \u00faltima generaci\u00f3n. Y aunque el atlas, parte del Proyecto Europeo del Cerebro Humano, sirve como una excelente referencia de estructura, no dice mucho sobre la funci\u00f3n.<\/p>\n
Luego est\u00e1 el Proyecto Conectoma Humano, dirigido por los investigadores de la Universidad de California, Los \u00c1ngeles, el Hospital General de Massachusetts, la Universidad de Washington en St. Louis y la Universidad de Minnesota. Los miembros de esta empresa utilizan t\u00e9cnicas de imagen para crear mapas estructurales y funcionales del cerebro. Por otro lado, un equipo dirigido por investigadores del Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro en Seattle est\u00e1 compilando mapas de expresi\u00f3n g\u00e9nica para ayudar a determinar la estructura y funci\u00f3n del cerebro.<\/p>\n
Por el momento, se est\u00e1 resolviendo completamente la estructura y cada funci\u00f3n del cerebro es un sue\u00f1o lejano. La raz\u00f3n por la que no entendemos el cerebro como un gran mapa de actividad es porque no tenemos las herramientas para hacerlo, dijo John Donoghue, neuroingeniero de la Universidad de Brown y asesor de la Iniciativa BRAIN.<\/p>\n
A varias t\u00e9cnicas establecidas ofrecen una perspectiva de arriba hacia abajo del cerebro. Entre varias variaciones de im\u00e1genes por resonancia magn\u00e9tica (MRI), la m\u00e1s popular es la MRI funcional (fMRI). Este enfoque no invasivo proporciona un m\u00e9todo simple para delimitar la funci\u00f3n cerebral. Se basa en el principio de que el flujo sangu\u00edneo y el posterior consumo de ox\u00edgeno en un \u00e1rea espec\u00edfica del cerebro aumentar\u00e1n cuando una persona utilice esa \u00e1rea para completar una tarea o comportarse de cierta manera.<\/p>\n
Tomograf\u00eda por emisi\u00f3n de positrones (PET). ) escanear rastrea elementos marcados radiactivamente inyectados en el torrente sangu\u00edneo de un sujeto mientras realiza un comportamiento, como leer. Estos elementos, mol\u00e9culas que pueden unirse a un determinado receptor en el cerebro, se detectan mediante exploraciones PET, lo que aclara los neuroqu\u00edmicos implicados en comportamientos particulares.<\/p>\n
Las t\u00e9cnicas de registro cerebral como la electroencefalograf\u00eda (EEG) y la magnetoencefalograf\u00eda (MEG) tambi\u00e9n proporcionan funciones funcionales a gran escala. Perspectivas del cerebro. EEG puede registrar la actividad el\u00e9ctrica en el cerebro, mientras que MEG registra los campos magn\u00e9ticos generados por estas actividades el\u00e9ctricas. Estos m\u00e9todos pueden discernir la actividad el\u00e9ctrica caracter\u00edstica y localizada que subyace a los comportamientos y enfermedades. Un estudio publicado en Biological Psychiatry <\/em>el mes pasado, dirigido por investigadores de la Universidad de \u00c1msterdam, demostr\u00f3 que el registro de EEG puede diferenciar los subtipos de trastorno por d\u00e9ficit de atenci\u00f3n\/hiperactividad, lo que brinda a los m\u00e9dicos otra capa de objetividad diagn\u00f3stica.<\/p>\n Profundizando<\/strong><\/p>\n Al centrarse en las caracter\u00edsticas moleculares y celulares de las neuronas, los cient\u00edficos pueden estudiar el cerebro utilizando un enfoque de abajo hacia arriba. Para ello, a menudo se utilizan modelos animales. Los cient\u00edficos pueden modificar gen\u00e9ticamente varios animales para que carezcan de ciertas poblaciones de neuronas, receptores o neurotransmisores, y luego estudiar los efectos resultantes en el comportamiento.<\/p>\n Los enfoques basados en la fluorescencia ya han revolucionado el estudio del cerebro. El enfoque Brainbowan que puede iluminar de manera diferencial neuronas individuales en el cerebro y otras t\u00e9cnicas fluorescentes permiten a los cient\u00edficos examinar neuronas individuales.<\/p>\n Y luego est\u00e1n los m\u00e9todos probados y verdaderos, como el rastreo retr\u00f3grado y anter\u00f3grado en sistemas modelo que revelan c\u00f3mo las neuronas se conectan. Primero, los investigadores inyectan un tinte, una construcci\u00f3n gen\u00e9tica, una prote\u00edna o un virus en un grupo de neuronas. Esa etiqueta biol\u00f3gica viajar\u00e1 por una neurona hasta las c\u00e9lulas con las que hace sinapsis en un seguimiento anter\u00f3grado, o subir\u00e1 por una neurona hasta las neuronas que hacen sinapsis con ella en un seguimiento retr\u00f3grado, revelando sus conexiones. Utilizando el transporte transneuronal retr\u00f3grado del virus de la rabia desde el ri\u00f1\u00f3n, Peter Strick, neurobi\u00f3logo de la Universidad de Pittsburgh, demostr\u00f3 que las \u00e1reas motoras de la corteza de las ratas comparten conexiones con los \u00f3rganos excretores en mayo pasado. Su trabajo fue publicado en The Journal of Neuroscience<\/em>.<\/p>\n Las im\u00e1genes cerebrales permiten a los cient\u00edficos discernir la funci\u00f3n de grandes porciones del cerebro. Los m\u00e9todos moleculares y celulares les permiten determinar la funci\u00f3n de neuronas individuales o grupos de neuronas. Pero enfocarse en la escala media donde estos circuitos y redes se fusionan todav\u00eda elude a los cient\u00edficos.<\/p>\n Forjar conexiones<\/strong><\/p>\n Puedes imaginarte ir en dos direcciones, dijo Eve Marder, una neurocient\u00edfico de la Universidad de Brandeis y asesor de la Iniciativa BRAIN. Uno es aumentar la resoluci\u00f3n de im\u00e1genes a gran escala, dijo. Subiendo la escala, las t\u00e9cnicas moleculares y celulares actuales tambi\u00e9n podr\u00edan mejorarse para permitir a los cient\u00edficos ver m\u00e1s c\u00e9lulas al mismo tiempo con m\u00e1s modalidades, a\u00f1adi\u00f3.<\/p>\n Tenemos microherramientas y macroherramientas, pero no tenemos la escala media, dijo Browns Donoghue. Pero las herramientas y t\u00e9cnicas emergentes est\u00e1n allanando el camino.<\/p>\n Utilizando la optogen\u00e9tica, por ejemplo, los cient\u00edficos pueden controlar poblaciones espec\u00edficas de neuronas y observar los efectos conductuales en modelos animales vivos. Los animales pueden modificarse gen\u00e9ticamente para que clases espec\u00edficas de neuronas o receptores expresen una opsina, un complejo proteico sensible a la luz. La luz de la longitud de onda de esa opsina puede brillar en una parte expuesta del cerebro para activar espec\u00edficamente esas neuronas o receptores.<\/p>\n Y luego hay t\u00e9cnicas de imagen nuevas y mejoradas, que permiten a los cient\u00edficos estudiar tanto la forma como la funci\u00f3n. Recientemente, un equipo de investigadores del campus de investigaci\u00f3n Janelia Farm del Instituto M\u00e9dico Howard Hughes (HHMI) en Ashburn, Virginia, demostr\u00f3 la imagen activa de todo el cerebro del pez cebra con la resoluci\u00f3n de neuronas individuales utilizando microscop\u00eda fluorescente de l\u00e1mina de luz. Esta t\u00e9cnica les permiti\u00f3 ver la actividad del 80 por ciento de las 100.000 neuronas que componen el cerebro del pez cebra en acci\u00f3n real cada 1,3 segundos.<\/p>\n La clave del estudio, dirigido por los HHMI Misha Ahrens y Philipp Keller, fue la pez cebra gen\u00e9ticamente modificado cuyas prote\u00ednas de calcio sensibles al voltaje normal fueron marcadas con fluorescencia. Al hacer brillar hojas de luz con un microscopio en sus cerebros, los investigadores pudieron visualizar la actividad en tiempo real de poblaciones enteras de neuronas.<\/p>\n Debido a que esta t\u00e9cnica se basa en la penetraci\u00f3n de la luz en el tejido, Keller se\u00f1ala que todav\u00eda no se puede adaptar f\u00e1cilmente a cerebros m\u00e1s grandes, como los de ratones o humanos. No obstante, el registro de la actividad de todo el cerebro, incluso en un sistema modelo, podr\u00eda proporcionar esa escala media.<\/p>\n Otro enfoque que podr\u00eda ayudar a cerrar la brecha es CLARITYclear, con intercambio de l\u00edpidos, anat\u00f3micamente r\u00edgido, compatible con im\u00e1genes\/inmunotinci\u00f3n. , t\u00e9cnica de hidrogela tisular desarrollada por Karl Deisseroth en la Escuela de Medicina de la Universidad de Stanford. En este m\u00e9todo, toda la grasa se elimina de una muestra de cerebro y se reemplaza con un hidrogel, lo que hace que la muestra sea transparente y est\u00e9 lista para ser investigada con un microscopio.<\/p>\n A\u00fan as\u00ed, los cient\u00edficos est\u00e1n de acuerdo en que ning\u00fan m\u00e9todo \u00fanico puede desbloquear todos los secretos del cerebro.<\/p>\n Creo que gran parte del esfuerzo se va a desarrollar y especialmente combinar tecnolog\u00edas para obtener la mayor cantidad de informaci\u00f3n posible sobre todo tipo de funciones y comportamientos, dijo Ahrens. La combinaci\u00f3n de m\u00faltiples t\u00e9cnicas generalmente conduce a m\u00e1s que la suma.<\/p>\n Llegar a comprender completamente el cerebro humano requerir\u00e1 una ciencia interdisciplinaria de enorme alcance, dijo la neurobi\u00f3loga Cornelia Bargmann de la Universidad Rockefeller, copresidenta del grupo de planificaci\u00f3n de NIH sobre BRAIN, dijo a los periodistas durante una rueda de prensa de septiembre. Hacerlo, dijo, no es estrictamente una cuesti\u00f3n de neurociencia, sino tambi\u00e9n de gen\u00e9tica molecular, f\u00edsica, ingenier\u00eda, inform\u00e1tica, nanociencia y matem\u00e1ticas.<\/p>\n Recibe acceso completo a m\u00e1s de 35 a\u00f1os de archivos<\/strong>, as\u00ed como a TS Digest<\/em><\/strong>, ediciones digitales de The Scientist<\/em><\/strong>, art\u00edculos destacados<\/strong> y mucho m\u00e1s. \u00danase gratis today\u00bfYa eres miembro?Iniciar sesi\u00f3n aqu\u00ed<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" PLOS, LIZA GROSSAMientras el polvo se asienta en torno al lanzamiento de la Iniciativa BRAIN del presidente Obama, los investigadores est\u00e1n evaluando el estado de la ciencia del mapeo cerebral. BRAIN tiene como objetivo mapear los circuitos del cerebro humano, vinculando la actividad el\u00e9ctrica y qu\u00edmica con el comportamiento y la cognici\u00f3n. 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