Ilustraci\u00f3n de un enfoque experimental para estimular las neuronas que expresan TRPV1 usando luz infrarroja que penetra en los tejidos y amplificando las mol\u00e9culas MINDS. Credit: Wu et al, Nature Biomedical Engineering (2022) DOI: 10.1038\/ s41551-022-00862-w <\/p>\n
Imagine el cerebro como una centralita gigante cubierta con miles de botones, perillas, diales y palancas que controlan aspectos de nuestro pensamiento, emociones, comportamiento y memoria. (Puede pensar en la pel\u00edcula Inside Out, si lo desea). <\/p>\n
Durante m\u00e1s de un siglo, los neurocient\u00edficos han estado encendiendo y apagando met\u00f3dicamente estos interruptores, solos o en combinaci\u00f3n, para tratar de comprender c\u00f3mo funciona la m\u00e1quina como un entero. Pero esto es m\u00e1s f\u00e1cil decirlo que hacerlo. Los circuitos celulares que controlan la mente y el comportamiento se enredan en la masa opaca y gelatinosa de nuestro tejido cerebral y no vienen con pr\u00e1cticos interruptores de encendido\/apagado para facilitar la ingenier\u00eda inversa.<\/p>\n
Ahora, los cient\u00edficos de Wu Tsai El Instituto de Neurociencias de la Universidad de Stanford ha desarrollado la primera t\u00e9cnica no invasiva para controlar circuitos cerebrales espec\u00edficos en el comportamiento de animales a distancia. La herramienta tiene el potencial de resolver una de las mayores necesidades insatisfechas en neurociencia: una forma de probar de manera flexible las funciones de c\u00e9lulas cerebrales particulares y circuitos profundos en el cerebro durante un comportamiento normal, como ratones que socializan libremente entre s\u00ed.<\/p>\n
La investigaci\u00f3n fue publicada el 21 de marzo de 2022 en Nature Biomedical Engineering por Guosong Hong y sus colegas de Stanford y la Universidad Tecnol\u00f3gica Nanyang de Singapur. Hong es becario de la facultad del Instituto de Neurociencias Wu Tsai y profesor asistente de ciencia e ingenier\u00eda de materiales en la Escuela de Ingenier\u00eda de Stanford que utiliza su experiencia en qu\u00edmica y ciencia de materiales para dise\u00f1ar herramientas y materiales biocompatibles para avanzar en el estudio del cerebro.<\/p>\n
La t\u00e9cnica recientemente publicada se basa en los cimientos establecidos por la optogen\u00e9tica, una t\u00e9cnica desarrollada por primera vez en Stanford por Karl Deisseroth, afiliado de Wu Tsai Neuro, y colaboradores que introduce prote\u00ednas de algas sensibles a la luz en las neuronas para permitir que los investigadores las activen o desactiven en respuesta. a diferentes colores de luz.<\/p>\n
\u00abLa optogen\u00e9tica ha sido una herramienta transformadora en la neurociencia, pero existen limitaciones sobre lo que se puede hacer con las t\u00e9cnicas existentes, en parte debido a su dependencia de la luz en el espectro visible\u00bb, dijo Hong. . \u00abEl cerebro es bastante opaco a la luz visible, por lo que llevar la luz a las c\u00e9lulas que desea estimular normalmente requiere implantes \u00f3pticos invasivos que pueden causar da\u00f1os en los tejidos y ataduras de fibra \u00f3ptica montadas en el cr\u00e1neo que dificultan el estudio de muchos tipos de comportamiento natural. \u00ab<\/p>\n
Al pensar como cient\u00edfico de materiales sobre las formas de superar estos desaf\u00edos, Hong reconoci\u00f3 que los tejidos biol\u00f3gicos, incluido el cerebro e incluso el cr\u00e1neo, son esencialmente transparentes a la luz infrarroja, lo que podr\u00eda hacer posible que la luz se transmita mucho m\u00e1s profundamente en el cerebro. <\/p>\n
Estructura de las mol\u00e9culas de MINDS. Cr\u00e9dito: Wu et al, Nature Biomedical Engineering (2022) DOI: 10.1038\/s41551-022-00862-w <\/p>\n
Dado que las herramientas optogen\u00e9ticas existentes no responden a la luz infrarroja, el equipo de Hong recurri\u00f3 a una mol\u00e9cula que evolucion\u00f3 para detectar otros infrarrojos. forma: calor. Al equipar de manera artificial neuronas espec\u00edficas en el cerebro del rat\u00f3n con una mol\u00e9cula sensible al calor llamada TRPV1, su equipo descubri\u00f3 que era posible estimular las c\u00e9lulas modificadas al hacer brillar luz infrarroja a trav\u00e9s del cr\u00e1neo y el cuero cabelludo desde una distancia de hasta un metro.<\/p>\n
TRPV1 es el sensor de calor molecular que nos permite sentir el dolor relacionado con el calor, as\u00ed como el ardor picante de un chile, cuyo descubrimiento llev\u00f3 al Premio Nobel de Medicina 2021. Un receptor similar les da a las serpientes de cascabel y otras v\u00edboras de pozo la \u00abvisi\u00f3n de calor\u00bb que les permite cazar presas de sangre caliente en la oscuridad, y un estudio reciente logr\u00f3 darles a los ratones la capacidad de ver en el espectro infrarrojo al agregar TRPV1 a sus c\u00e9lulas c\u00f3nicas retinales. .<\/p>\n
La nueva t\u00e9cnica tambi\u00e9n se basa en una mol\u00e9cula \u00abtransductora\u00bb dise\u00f1ada que se puede inyectar en regiones espec\u00edficas del cerebro para absorber y amplificar la luz infrarroja que penetra a trav\u00e9s del tejido cerebral. Estas part\u00edculas a nanoescala, denominadas MINDS (por \u00abnanotransductores infrarrojos macromoleculares para la estimulaci\u00f3n cerebral profunda\u00bb), funcionan un poco como la melanina en nuestra piel que absorbe los da\u00f1inos rayos UV del sol, y est\u00e1n elaborados a partir de pol\u00edmeros biodegradables que se utilizan para producir org\u00e1nicos. c\u00e9lulas solares y LED.<\/p>\n
\u00abPrimero intentamos estimular c\u00e9lulas con canales TRPV1 solos, y no funcion\u00f3 en absoluto\u00bb, dijo Hong. \u00abResulta que las serpientes de cascabel tienen una forma mucho m\u00e1s sensible de detectar se\u00f1ales infrarrojas de lo que podr\u00edamos manejar en el cerebro del rat\u00f3n. Afortunadamente, ten\u00edamos la ciencia de los materiales para ayudarnos\u00bb.<\/p>\n
El equipo de Hong demostr\u00f3 por primera vez su t\u00e9cnica al agregando canales TRPV1 a las neuronas en un lado de la regi\u00f3n de la corteza motora del rat\u00f3n que orquesta los movimientos del cuerpo e inyectando mol\u00e9culas MINDS en la misma regi\u00f3n. Al principio, los ratones exploraron sus recintos al azar, pero cuando los investigadores encendieron una luz infrarroja sobre el recinto, los ratones inmediatamente comenzaron a caminar en c\u00edrculos, impulsados por la estimulaci\u00f3n unilateral de su corteza motora. <\/p>\n
\u00abEse fue un gran momento cuando supimos que esto iba a funcionar\u00bb, dijo Hong. \u00abPor supuesto, fue solo el comienzo de validar y probar lo que esta tecnolog\u00eda pod\u00eda hacer, pero a partir de ese momento estaba seguro de que ten\u00edamos algo\u00bb.<\/p>\n
En otro experimento clave, los investigadores demostraron que MINDS podr\u00eda habilitar estimulaci\u00f3n infrarroja de las neuronas a trav\u00e9s de toda la profundidad del cerebro del rat\u00f3n. Insertaron canales TRPV1 en las neuronas que expresan dopamina de los centros de recompensa del cerebro, que se encuentran cerca de la base del cerebro en ratones, seguidos de una inyecci\u00f3n de MINDS en la misma regi\u00f3n. Luego colocaron una luz infrarroja enfocada sobre uno de los tres brazos de un laberinto de brazos radiales est\u00e1ndar y demostraron que los ratones se volvieron \u00abadictos\u00bb a la luz infrarroja invisible que hac\u00eda cosquillas en sus neuronas de dopamina y pasaban casi todo el tiempo en el laberinto bajo sus haces. <\/p>\n
Figura que muestra la estimulaci\u00f3n de las neuronas dopamin\u00e9rgicas del VTA mediante luz infrarroja colocada ~1 m por encima del laberinto del brazo radial y la fuerte preferencia de lugar resultante para la ubicaci\u00f3n del haz infrarrojo (brazo inferior izquierdo del laberinto). Cr\u00e9dito: Wu et al, Nature Biomedical Engineering (2022) DOI: 10.1038\/s41551-022-00862-w <\/p>\n
Este experimento demostr\u00f3 que la nueva t\u00e9cnica permite estimular las neuronas en cualquier parte del cerebro a trav\u00e9s del cuero cabelludo y el cr\u00e1neo intactos con apenas cualquiera de la dispersi\u00f3n de luz que har\u00eda esto imposible con luz en el espectro visual. Sorprendentemente, esto funcion\u00f3 incluso cuando el haz de luz infrarroja se coloc\u00f3 a un metro por encima de las cabezas de los animales.<\/p>\n
Hong ve aplicaciones inmediatas de la t\u00e9cnica para el creciente movimiento en neurociencia para estudiar los circuitos cerebrales involucrados en comportamiento social natural en ratones para comprender mejor los sistemas que subyacen a la cognici\u00f3n social en humanos.<\/p>\n
\u00abAl igual que nosotros, los ratones son una especie social, pero estudiar el comportamiento natural de un animal dentro de un grupo social es un desaf\u00edo con un atadura de fibra \u00f3ptica montada en la cabeza\u00bb, dijo Hong. \u00abEste enfoque hace posible por primera vez modular neuronas y circuitos espec\u00edficos en animales que se comportan libremente. Uno podr\u00eda hacer brillar una luz infrarroja invisible sobre un recinto con ratones coalojados para estudiar las contribuciones de c\u00e9lulas y circuitos particulares al comportamiento de un animal dentro de un entorno social\u00bb. grupo\u00bb.<\/p>\n
Hong y sus colaboradores contin\u00faan refinando la t\u00e9cnica para que sea m\u00e1s simple y m\u00e1s f\u00e1cil de implementar, dijo. \u00abEn el futuro, nos gustar\u00eda combinar nuestro enfoque actual de dos etapas en una sola m\u00e1quina molecular, tal vez mediante la codificaci\u00f3n de alg\u00fan pigmento absorbente de infrarrojos en las propias neuronas que expresan TRP\u00bb.<\/p>\n
El trabajo es uno de varios enfoques Hong est\u00e1 involucrado para hacer posible que los investigadores y quiz\u00e1s alg\u00fan d\u00eda los m\u00e9dicos modulen de manera no invasiva los circuitos neuronales en todo el cerebro. Por ejemplo, Hong y sus colegas tambi\u00e9n est\u00e1n desarrollando perlas nanosc\u00f3picas que pueden convertir haces de ultrasonido enfocados en luz, y que pueden inyectarse directamente en el torrente sangu\u00edneo, lo que hace posible apuntar optogen\u00e9ticamente a c\u00e9lulas en cualquier parte del cerebro y cambiar esta orientaci\u00f3n a voluntad dentro de un solo experimento.<\/p>\n
\u00abLos enfoques convencionales de neuromodulaci\u00f3n nos dieron la capacidad de activar algunos de los interruptores a la vez en el cerebro para ver qu\u00e9 hacen los diferentes circuitos\u00bb, dijo Hong. \u00abNuestro objetivo es llevar estas t\u00e9cnicas un paso m\u00e1s all\u00e1 para brindarnos un control preciso sobre todo el panel de control al mismo tiempo\u00bb. <\/p>\n
Explore m\u00e1s<\/p>\n
Los ingenieros desarrollan una forma menos invasiva de estudiar el cerebro M\u00e1s informaci\u00f3n:<\/strong> Xiang Wu et al, Estimulaci\u00f3n cerebral profunda fotot\u00e9rmica sin ataduras en ratones que se comportan libremente a trav\u00e9s de campo amplio iluminaci\u00f3n en la ventana de infrarrojo cercano-II, Nature Biomedical Engineering (2022). DOI: 10.1038\/s41551-022-00862-w Informaci\u00f3n de la revista:<\/strong> Nature Biomedical Engineering <\/p>\n Proporcionado por la Universidad de Stanford Cita<\/strong>: Investigadores controlan circuitos cerebrales a distancia mediante infrarrojos light (2022, 23 de marzo) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https:\/\/medicalxpress.com\/news\/2022-03-brain-circuits-distance-infrared.html Este documento est\u00e1 sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigaci\u00f3n privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona \u00fanicamente con fines informativos.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Ilustraci\u00f3n de un enfoque experimental para estimular las neuronas que expresan TRPV1 usando luz infrarroja que penetra en los tejidos y amplificando las mol\u00e9culas MINDS. Credit: Wu et al, Nature Biomedical Engineering (2022) DOI: 10.1038\/ s41551-022-00862-w Imagine el cerebro como una centralita gigante cubierta con miles de botones, perillas, diales y palancas que controlan aspectos … Continuar leyendo \u00abInvestigadores controlan circuitos cerebrales a distancia usando luz infrarroja\u00bb<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"","ping_status":"","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-9908","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-general"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.biblia.work\/articulos-salud\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/9908","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.biblia.work\/articulos-salud\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.biblia.work\/articulos-salud\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.biblia.work\/articulos-salud\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.biblia.work\/articulos-salud\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=9908"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.biblia.work\/articulos-salud\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/9908\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.biblia.work\/articulos-salud\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=9908"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.biblia.work\/articulos-salud\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=9908"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.biblia.work\/articulos-salud\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=9908"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}