¡QUE SE HAGA LA LUZ! - Las promesas de la optogenética

Hoy en día, la mayoría de los neurocientíficos entienden el cerebro como una amalgama de circuitos neuronales integrados en redes de gran escala que llevan a cabo diversas funciones. Si pudiéramos probar para qué sirve cada circuito, tal vez descifraríamos más rápidamente algunos de los misterios de la mente humana, pero, ¿cómo hacerlo? Si alguien nos dijera que, insertando el gen de una bacteria o alga en el cerebro de un ratón, podemos activar o desactivar algunos circuitos neuronales al proyectar luz sobre ellos, tal vez no lo creeríamos posible. Pero lo es. Esta es una técnica novedosa pero esencial en neurociencia y se llama OPTOGENÉTICA.

¿Qué es exactamente la optogenética? Se trata de una técnica de investigación que controla neuronas y circuitos neuronales exponiéndolos a luces de distintos colores. Comienza con la manipulación genética de neuronas para insertarles OPSINAS, proteínas microbianas que reaccionan a luz con distintas longitudes de onda. Una vez insertado el gen, las opsinas se producirán en la maquinaria celular y se colocarán en la membrana, donde fungirán como canales sensitivos a la luz. Cuando son activadas, dejarán pasar iones que generen o detengan el impulso eléctrico que comunica una neurona con otra. Una vez que las neuronas de los animales de laboratorio expresan opsinas, los investigadores pueden activar o desactivar ciertos circuitos cerebrales proyectando luz sobre ellas. Esto permite estudiar la actividad de circuitos neuronales in vivo. Cambiando los patrones de actividad de distintos circuitos neuronales que se cree que están afectados en distintas enfermedades cerebrales, esta técnica podría ayudarnos a comprender estas patologías o dar nuevas opciones de curación. Hace pocos años, un grupo de investigadores liderado por Karl Deiseroth, quien desarrolló esta técnica, logró reducir la ansiedad en animales de laboratorio utilizando luz que inhibiera neuronas de circuitos involucrados en la respuesta emocional. Hoy en día, la técnica se usa en diversos laboratorios de todo el mundo para estudiar diversas funciones y patologías cerebrales.

Gracias al esfuerzo del neurocientífico mexicano Luis Alberto Carrillo Reid, el Instituto de Neurobiología de la UNAM será pronto el primer instituto en Latinoamérica en utilizar esta tecnología para desarrollar líneas que investiguen el funcionamiento del cerebro.

Breviario cerebral por Juga cerebralia.

Video via Nature Videos, subtitulado en español.

PAra saber más:
https://thebrainbank.scienceblog.com/2013/08/05/controlling-the-brain-with-light-where-are-we-at-with-optogenetics/
https://www.scientificamerican.com/article/optogenetics-controlling/
http://www.sebbm.es/revista/articulo.php?id=75

http://conacytprensa.mx/index.php/sociedad/personajes/20366-neurobiologo-mexicano-reprograma-cerebros

Música y cerebro, tres libros para explorar.

           Desde que el ser humano se reconoce como tal, la música ha sido una característica universal de sus sociedades. Los instrumentos más antiguos datan de hace 30,000 a 40,000 años, y se asume que antes de eso ya se utilizaban distintos materiales como percusiones. No debería entonces ser una sorpresa que nuestros cerebros estén tan preparados para procesar la música como lo están para procesar el lenguaje: Todo parece indicar que nos ha acompañado desde nuestros inicios como especie. Los recién nacidos responden al tono y a los cambios de ritmo de la música, y los lactantes se mueven espontáneamente al escucharla y muestran más sociabilidad en su conducta. Si usted es un amante de la música y/o un curioso del cerebro, Juga Cerebralia le recomienda tres libros que exploran los vínculos entre ambos:

1. Un hombre es alcanzado por un rayo. Tras volver en sí y ser estudiado por un equipo de médicos, todo parece indicar que ha salido ileso. Poco tiempo después nota un comportamiento inusual: El piano familiar, que llevaba años empolvado en el sótano, le despierta una nueva e imparable curiosidad. El hombre empieza a tocar el piano sin cesar: se ha despertado en él una nueva pasión por la música. Con este relato abre el libro "Musicofilia" de Oliver Sacks, en el que hace un recorrido por casos clínicos y fenómenos curiosos (como los famosos "gusanos musicales", esas canciones "pegajosas" que penetran en nuestro mundo mental incluso sin ser invitadas. Las reflexiones de Oliver Sacks a raíz de estas historias revelan la intricada relación entre música, cerebro y humanidad.

2. La neurociencia cognitiva está en la intersección entre la psicología y la neurología: Estudia los mecanismos biológicos detrás de las funciones de la mente humana. En el libro “Tu cerebro y la música”, Daniel Levitin nos explica los avances en esta disciplina que explican algunas particularidades de la musicalidad humana. Entre los temas que nos ofrece este libro están: ¿por qué tenemos una propensión natural al ritmo?, ¿cómo procesa nuestro sistema auditivo diferentes aspectos de la música?, ¿cómo es que una melodía puede transportarnos a recuerdos que de otra manera no hubiéramos evocado?, ¿qué procesos cerebrales están relacionados con el placer que nos ofrece la música que amamos?

3. ¿Qué ocurre en el cerebro de un compositor al momento de crear su obra? En el libro “Las neuronas encantadas”, el neurobiólogo francés Jean-Pierre Changeux entabla un diálogo con los compositores Pierre Boulez y Philippe Manoury alrededor de la creación musical. Este libro es un puente sólido entre arte y ciencia, que explora temas tan diversos e interesantes como las paradojas de la estética, la fisiología de la experiencia musical, las bases evolutivas del trabajo creativo, las particularidades del aprendizaje musical y la naturaleza -parte consciente, parte inconsciente- de la creatividad.

CARTOGRAFÍA CEREBRAL: ¿Pueden localizarse las funciones neurológicas?

A finales del siglo XVII y principios de siglo XIX, el anatomista alemán Franz Joseph Gall convenció a buena parte de los científicos de que tocando los cráneos de las personas se podían encontrar prominencias que correspondían a áreas más desarrolladas del cerebro y, que esas prominencias correspondían a rasgos de personalidad y funciones mentales fácilmente localizables y palpables. Su idea era interesante, pero sus métodos eran especulativos y faltos de rigor científico, lo que le costó la expulsión de la Academia Francesa de la Ciencia.

Uno de sus principales enemigos, Marie-Jean-Pierre Flourens, postulaba en contradicción que no había localizaciones en la corteza cerebral, sino que funcionaba como un todo, fenómeno al que llamo "equipotencialidad cerebral". Éste fue el inicio de décadas de debates sobre si era posible localizar funciones específicas en el cerebro.

Estos debates parecieron llegar a su fin en 1861, cuando Paul Broca identificó el área de lenguaje siguiendo varios casos de pacientes que perdieron esta capacidad tras sufrir infartos en una zona del lóbulo frontal. Desde entonces, durante un siglo los médicos y científicos buscaron asignar nuevas funciones a otras áreas de la corteza, realizando una especie de "cartografía cerebral". En 1909, Korbinian Brodmann propuso un mapa con cerca de cincuenta áreas corticales, que ha fungido como método de referencia para entender nuestro cerebro durante más de un siglo.

Con los años, las ciencias del cerebro han refinado y detallado este mapa, pero de forma más importante, han concluido que no existe ninguna función que pueda asignarse a un área cerebral específica: La neurociencia moderna considera que las diferentes funciones cerebrales y no resultan de la actividad de una zona particular, sino de la conexión entre las distintas áreas, que forman circuitos o redes cerebrales de gran escala . En esta visión, una determinada área cerebral puede formar parte de distinas redes, y participar en distintas funciones.

De la localización a la distribución y de regreso, esta serie de anécdotas alrededor de uno de los más importantes debates de la neurociencia nos recuerdan que nuestro entendimiento del cerebro está en constante evolución.

Breviario cerebral por Juga cerebralia.

Crédito de imagenes
Frenología: Wikipedia
Áreas de Brodmann:

Derecha - Wikipedia. Izquierda - https://estudiodelcerebro.jimdo.com/about/

Redes cerebrales de gran escala: 
Derecha - Douglass Godwin y René Marois, viapsypost.com
Izquierda - Powell, et. al.: Functional network organization of the human brain. Artículo publicado en Neuron, 2011.

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CEREBRAL CARTOGRAPHY: Can neurological functions be localized?

At the end of the eighteenth century and the beginning of the nineteenth century, the German anatomist Franz Joseph Gall convinced many scientists that touching the skulls of people, one could find prominences that corresponded to more developed areas of the brain. According to his ideas, these prominences corresponded to personality traits and mental functions that we circumscribed and localized. Although his ideas of identifiable mental functions were interesting, his methods were speculative and lacked scientific rigor, which cost him the expulsion from the French Academy of Science.

One of its main enemies, Marie-Jean-Pierre Flourens, postulated in contradiction that specific functions did not have specific locations in the cerebral cortex, but rather that the cortex functioned as a whole, a phenomenon he called "cerebral equipotentiality". This was the beginning of decades of debates about whether it was possible to locate specific functions in the brain.

These debates seemed to come to an end in 1861, when Paul Broca identified the area of language following several cases of patients who lost their capacity to write and speak after suffering strokes involving an area of the frontal lobe. Since then, for a century, doctors and scientists have sought to assign new functions to other areas of the cortex, carrying out a type of "brain cartography". In 1909, Korbinian Brodmann proposed a map with about fifty cortical areas, which has served as a reference method to understand our brain for more than a century.

Over the years, the brain sciences have refined and detailed this map, but more importantly, they have concluded that there is no function that can be assigned to a specific brain area: Modern neuroscience considers that different brain functions do not result from the activity of a particular area, but of the connection between the different areas, which form circuits or large-scale brain networks. In this vision, a certain brain area can be a part of different networks, and thus participate in different functions.

From location to distribution and back, this series of anecdotes around one of the most important debates in neuroscience reminds us that our understanding of the brain is constantly evolving.

Cerebral breviary by Juga Cerebralia.

El pulpo y la consciencia

¿Por qué interesan los pulpos a los estudiosos de la consciencia? (O, ¿por qué deberían interesarnos a todos?)

La mayoría de los seres que muestran comportamientos complejos, aprendizaje y cognición sobre sí mismos son cercanas a los humanos desde el punto de vista biológico (todos son, como nosotros, mamíferos, desde chimpancés hasta delfines).
Incluso las aves, que también han mostrado comportamiento cuya inteligencia nos asombra, no son tan lejanas a nosotros. Pertenecen, junto con los mamíferos y otros grupos de animales, a los vertebrados. El último ancestro en común que tenemos con las aves es un reptil que vivió hace cerca de 320 millones de años.
Los reptiles comparten con nosotros no sólo su arquitectura (columna, cuatro extremidades, distribución del sistema nervioso), sino una serie de conductas básicas. Nuestro cerebro viene de la evolución del cerebro de este reptil, tanto así que cuando describimos nuestra neurofisiología hablamos de funciones cerebrales “reptilianas”.

En cambio, el último ancestro común que tenemos con los pulpos (o cefalópodos en general) es un pequeño gusano plano que vivió hace 600 millones de años, cuya conducta consistía en comer, reproducirse, morir.

El gran desarrollo mental del pulpo y su lejanía biológica con mamíferos o incluso con aves implica que la naturaleza generó comportamiento complejo (¿consciencia?) por dos caminos evolutivos radicalmente distintos.

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Breviario cerebral basado en la lectura de “The Octopus, The Sea and The Deep Origins of Consciousness” de Peter Godfrey Smith.

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Why are octopuses of interest to those who study consciousness? (Or, why should we all find them interesting?)

Most beings that show complex behaviors, learning and self-cognition are close to humans from the biological point of view (they are all, like us, mammals, from chimpanzees to dolphins).

Even birds, which have also shown behavior whose intelligence amazes us, are not so far away from us. They belong, together with mammals and other groups of animals, to vertebrates: The last common ancestor we have with birds is a reptile that lived about 320 million years ago.

The reptiles share with us not only their architecture (column, four extremities, distribution of the nervous system), but a series of basic behaviors. Our brain comes from the evolution of the brain of this reptile, so much so that when we describe our neurophysiology we talk about "reptilian" brain functions.

In contrast, the last common ancestor we have with octopi (or cephalopods in general) is a small flat worm that lived 600 million years ago, whose behavior consisted of eating, reproducing and dying.

The great mental development of the octopus and its biological remoteness with mammals or even with birds implies that nature generated complex behavior (consciousness?) By two radically different evolutionary paths.

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Cerebral breviary based on the reading of "The Octopus, The Sea and The Deep Origins of Consciousness" by Peter Godfrey Smith.