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El cerebro produce cada uno de nuestros pensamientos, acciones, emociones y memorias.
La pregunta que ha intrigado a la humanidad por mucho tiempo es:
Desafortunadamente, aún seguimos sin conocer
la respuesta completa a
esta pregunta, pero quizá estemos cerca gracias a la magnetogenética.
Fue hasta alrededor de 1888 que se abrió ante nosotros un mundo fascinante cuando Santiago Ramón y Cajal descubrió las neuronas.
Fue tan genial que, armado únicamente con un microscopio muy rudimentario y su tenacidad, nos marcó el camino para iniciar la exploración del cerebro.
Desde entonces, hemos ido conociendo cada vez mejor las neuronas, las células nerviosas con la tarea de recibir, procesar, integrar, y transmitir información.
Hasta ahora, hemos identificado los tipos de
neuronas en las diferentes regiones del cerebro, sabemos qué genes y
proteínas expresan, cómo se organizan, etc.
Una sola neurona puede hacer contacto con otras diez mil neuronas a través de uniones llamadas sinapsis.
Yo ahora mismo lo hago y solo veo una maraña infinita de cables en la que no encuentro el inicio o el fin.
de una neurona de Purkinje de cerebelo humano (Tomada de "The beautiful brain", The Drawings of Santiago Ramón y Cajal, Larry W. Swanson, 2017).
A la derecha, reconstrucción de una célula de Purkinje que fue llenada con una sustancia fluorescente (Tomada de la Agencia Iberoamericana para la difusión de la Ciencia y la Tecnología) http://www.dicyt.com/viewItem.php?itemId=44264
Quizá es suficiente conocer muy bien las neuronas para entender cómo funcionan. Este es precisamente el punto clave. El cerebro es muy dinámico y conocer las neuronas no significa que entendamos cómo funcionan.
Es como un partido de futbol:
Como hasta ahora nunca hemos pasado a las semifinales del mundial, olvidemos esas decepciones y volvamos a las conexiones neuronales.
Éstas son sumamente intrincadas y, además, se forman millones de conexiones nuevas cada segundo. Todas estas conexiones dan lugar a redes y circuitos neuronales que se cree son las bases que le permiten al cerebro hacer lo que hace.
Entonces, si entendemos las conexiones neuronales entenderemos mejor el cerebro.
Sin embargo, seguir la pista a los miles de millones de millones de conexiones neuronales que, además, cambian constantemente, parece una tarea imposible.
y se muestran sus proyecciones a través del cerebro de ratón. Éstas son los primeros resultados del proyecto llamado "Mouse Light" en el que se pretende describir todas las neuronas en el cerebro de ratón.
A la izquierda, observamos en color rosa una sola neurona y todas sus proyecciones.
A la derecha, observamos 300 neuronas, identificadas en diferentes colores, que se han mapeado en el cerebro del ratón. Crédito: Janelia Research Campus, MouseLight project team.
https://www.janelia.org/news/300-neurons-traced-extensive-brain-wiring-map
Para estudiar las neuronas y sus conexiones hay dos opciones principales:
Usando el ejemplo de los jugadores de futbol,
Así también podemos observar o controlar las neuronas mientras cumplen alguna función específica.
Por ejemplo,
Si observamos cuáles neuronas se activan una vez que el ratón ha aprendido a salir del laberinto, entonces podría suponerse que se ha encontrado el código neuronal cuya función es llevar al ratón a la salida para alcanzar el queso.
Luego viene algo muy interesante, una vez que conocemos ese código,
Si resolvemos estas preguntas estaremos tan cerca de
entender el cerebro.
Por lo tanto, debemos atravesar esas barreras para llegar hasta las neuronas.
A la fecha, se han desarrollado diversas técnicas para lograr este objetivo.
Estos estudios arrojan información muy útil porque medir las señales eléctricas de las neuronas es leer su lenguaje.
Recordemos que las neuronas se comunican utilizando señales eléctroquímicas. Estos mismos electrodos pueden usarse para activar las neuronas a través de inyecciones de corriente.
Estas técnicas, llamadas electrofisiológicas, han enriquecido enormemente nuestro conocimiento acerca de los códigos que usan las neuronas para cumplir su papel.
Sin embargo, son métodos altamente invasivos.
Quizá en este momento estés pensando lo difícil que será
para el ratón de nuestro laberinto que, además de encontrar la
salida, debe traer sobre su cabeza un electrodo que seguramente
estará conectado a una diversidad de aparatos.
En la segunda parte de este artículo, hablaremos de la magnetogenética, una nueva tecnología que se desarrolla precisamente para lograr este fin.
La respuesta es ¡sí!...
Y la solución está tan sencilla que no lo creerás. Debemos activar las neuronas a control remoto. Sí, leíste bien, a control remoto...
Algo así como cuando cambias de canal en la televisión, pero usando campos electromagnéticos ligeramente distintos a los que usan esos controles.
Los campos electromagnéticos son ideales porque nos atraviesan sin ninguna dificultad y son inofensivos.
Por ejemplo, un resonador magnético, compuesto por imanes y bobinas que generan ondas electromagnéticas, puede obtener imágenes de prácticamente cualquier parte del cuerpo, porque puede alcanzar prácticamente todo el cuerpo.
Así, utilizar campos magnéticos es una solución fantástica. Sin embargo, su problema es que interaccionan muy débilmente con nuestras células.
Entonces,
La respuesta está en la ferritina...
Esta proteína está compuesta por 24 unidades, indicadas con diferentes colores, que forman una esfera. En el centro de la ferritina es donde se encuentra su corazón de hierro. Crédito: National Center for Biotechnology Information. Para observar la estructura tridimensional de la ferritina sigue este enlace:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/pdb/1IES
Efectivamente, suena a fierro o hierro. La ferritina guarda fierro en su interior y éste corazón metálico la hace actuar como un imán pequeñísimo. Cuando la ferritina es expuesta a un campo magnético externo, por ejemplo, un imán, los átomos de hierro en su corazón se alinean con ese campo magnético.
Si en lugar de usar un campo magnético estático como el del imán, hacemos pasar ondas magnéticas, entonces la ferritina seguirá estas ondas.
Así también, la ferritina se mueve al ritmo de las ondas electromagnéticas.
Cuando los canales iónicos están cerrados, no pasa nada a través de ellos.
Pero cuando son abiertos dejan pasar iones como el ión sodio, el ión potasio, el ión calcio, etc. Debido a que los iones tienen carga eléctrica, su paso por los canales iónicos produce señales eléctricas en las neuronas.
Entonces, cuando el complejo canal iónico-ferritina es expuesto a ondas magnéticas, la ferritina sigue el ritmo de las ondas lo que, a su vez, abre el canal iónico produciendo una señal eléctrica en la neurona.
Esto es básicamente lo que se necesita para controlar una neurona:
Ya resolvimos un problema, pero ahora surge otro,
Es básicamente pedirte encontrar una aguja en el pajar con los ojos vendados y, además, después de encontrarla, manipularla sin molestar ni una sola de las pajas vecinas.
Para nuestra gran fortuna, contamos con la ingeniería genética, la cual nos permite elegir exactamente cuáles neuronas tendrán el complejo canal iónico-ferritina (un canal que detecta campos magnéticos).
Así, aunque todo el organismo sea expuesto a los campos magnéticos, sólo las neuronas elegidas serán activadas a control remoto.
Fue así como en el año 2016 nació la magnetogenética, la cual combina ondas magnéticas e ingeniería genética para manipular neuronas a control remoto.
Si volvemos al experimento del ratón en el laberinto, ahora suena factible que "escribamos en sus neuronas" usando ondas magnéticas sin abrirle el cráneo.
En este caso, las ondas atravesarán todo el laberinto, todo el ratón, pero solo controlarán las neuronas que tengan el complejo canal iónico-ferritina.
Aunque esta técnica está en sus primeros pasos, tiene enormes posibilidades de ayudarnos a entender el cerebro.
Éstas neuronas, que se encuentran en una región del cerebro llamada hipotálamo ventromedial, cuando son activadas con ondas magnéticas inducen al ratón a buscar alimento y también aumentan los niveles de glucosa en su sangre.
Es posible que este descubrimiento pueda usarse para encontrar tratamiento para desórdenes metabólicos o nutricionales.
Gracias a la magnetogenética estamos un poco más cerca de comprender el cerebro porque ahora es posible explorar sus redes y circuitos por muy intrincados que sean.
Se espera que, usando este tipo de técnicas podamos descubrir, por ejemplo,
...y muchas cosas más.
Además, quizá también sea la opción para encontrar tratamientos para numerosas enfermedades que hoy en día son incurables como el Parkinson, el Alzheimer, el autismo, la esquizofrenia, la epilepsia, etc.
Pero precisamente, ahí está su belleza fascinante.
Así que, alrededor de mundo, los científicos y científicas seguirán buscando sin tregua entender cómo funciona el órgano que nos hace ser lo que somos, el cerebro...
Video
Notarás cuando la neurona se activa porque se observa cómo se enciende.
Esto se debe a que tiene un reportero, que es una proteína que cuando siente los iones de calcio, que entran desde el exterior al interior de la neurona, aumenta la intensidad su luz:
Crédito: Miriam Hernández-Morales, Laboratorio Dr. Chunlei Liu,
University of California Berkeley.
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