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El conectoma, el ‘genoma humano’ del #cerebro

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Imagen que reproduce las conexiones neuronales del cerebro humano GYI

Imagen que reproduce las conexiones neuronales del cerebro humano GYI

Ciencia | 29/05/2013 – 00:10h | Última actualización: 29/05/2013 – 16:24h

Josep Fita

Descifrar el genoma humano, hito que consiguió en 2003 un consorcio internacional de científicos, supuso un gran paso para la ciencia. Era la culminación de un proyecto mastodóntico iniciado 13 años antes. Aunque todavía no se han logrado predecir, diagnosticar y tratar muchas de las enfermedades actuales, la medicina se transformó como nunca gracias a aquel hallazgo.

Pero lo que está por venir supera con creces el hecho de haber descifrado lo que muchos convinieron en tildar como El árbol de la vida. Estamos hablando de determinar, ni más ni menos, el mapa completo de las conexiones del cerebro: el conectoma. “Es algo mucho más complicado, sin duda. No tiene punto de comparación”, señala a LaVanguardia.com Javier de Felipe, investigador del CSIC que actualmente desarrolla su actividad en el laboratorio Cajal de Circuitos Corticales (UPM). “Estamos hablando de miles de millones de neuronas y de billones de conexiones, con sus correspondientes combinaciones”, añade.

A día de hoy, existe una especie de carrera entre Europa y Estados Unidos para ver quién consigue mapear antes los circuitos neuronales del cerebro humano. Por una parte está el Human Brain Project: una iniciativa gigantesca europea, que cuenta con 1.000 millones de euros de presupuesto y una duración de 10 años, que persigue crear simulaciones detalladas del cerebro basándose en datos reales; y por otra estaría el BRAIN: un proyecto norteamericano, en el que participa el científico español Rafael Yuste, que tiene por objetivo crear (con un presupuesto de 100 millones de dólares el primer año) el mapa del cerebro humano para ayudar en un futuro a curar enfermedades como el Alzheimer o la epilepsia. Y es que ahora los científicos saben que muchas enfermedades psiquiátricas, como el autismo o la esquizofrenia, son conectopatías, enfermedades en las que el cableado del cerebro es anómalo.

Ambos proyectos, tanto el europeo como el norteamericano, tienen puntos en común, “aunque son diferentes”, apunta Mara Dierssen, neurobióloga del Centro de Regulación Genómica de Barcelona (CRG). “En el europeo, la idea es aplicar las ciencias de la tecnología y la información a la investigación en neurociencia. El proyecto norteamericano, sin embargo, recuerda más al del genoma humano: mapeo de todas las neuronas del cerebro”, agrega.

La industria de la computación está muy interesada en todo este tipo de proyectos. Y es que el cerebro humano funciona con una potencia de tan sólo 12 vatios, frente a los miles de vatios que requieren, por ejemplo, los superordenadores para trabajar. Sin ir más lejos, cada uno de los 90 servidores de la supercomputadora de IBM Watson –un sistema informático de inteligencia artificial capaz de responder a preguntas formuladas en lenguaje natural- requiere de 1.000 vatios para funcionar. “No es que nuestro cerebro sea más capaz que una supercomputadora, sino que utiliza ‘trucos’ matemáticos, es decir, algoritmos matemáticos que todavía desconocemos”, esgrime De Felipe, máximo responsable de una de las divisiones, la molecular y celular, del Human Brain Project.

“Nuestro cerebro tiene una información incompleta del mundo por lo que tiene que hacer una estimación estadística del estado probable de éste y de los presumibles resultados de sus acciones o decisiones. Podríamos definir el cerebro como un inmenso procesador matemático que resuelve esta cuestión de una forma increíble. Es por eso que no sólo queremos conocer su diseño, sino cuáles son también los algoritmos que utiliza para percibir el mundo”, remata.

El conectoma y el sinaptoma

Hay varios niveles de análisis del cerebro: uno macroscópico -por ejemplo, a través de resonancias magnéticas- y otro intermedio -en el que se utiliza un microscopio óptico y se trabaja en micras- que supondrían mapas de conexiones que quedarían definidos bajo el término conectoma. Pero todavía hay un tercero más complejo, que es el mapa a nivel ultraestructural de las conexiones sinápticas de las neuronas, que sería lo que se conoce como sinaptoma. Para De Felipe, “descifrar el sinaptoma es imposible dadas las dimensiones del cerebro”.

Utilizando una analogía, identificar las autopistas que vertebran un territorio podría equivaler al conectoma, mientras que conocer las salidas que tiene cada una de ellas, saber a qué poblaciones llevan y averiguar, además, en cuál de éstas vive el Sr. ‘X’ (calle, edificio y piso de residencia incluidos) sería el equivalente al sinaptoma. A través de este ejemplo, es fácil determinar el diferente grado de dificultad a la hora de descifrar uno u otro mapa de conexiones.

Hasta ahora se conoce un solo conectoma: el de un nematodo (gusano cilíndrico) llamado Caenorhabditis Elegans. Su modesto sistema nervioso consta de sólo 300 neuronas. En las décadas de 1970 y 1980 un equipo de investigadores trazó el mapa de sus 7.000 conexiones interneuronales, es decir, su conectoma. Obviamente, el del ser humano es mucho más complejo y es que tiene más de 100 mil millones de neuronas y 10 mil veces más de conexiones.

Posible utilidad práctica

“Si no conocemos cómo está organizado el cerebro, es prácticamente imposible conocer cómo se altera por la acción de las diversas enfermedades que le afectan y por tanto se hace muy difícil combatirlas de forma efectiva”. Esta reflexión del neurocientífico Javier de Felipe es muy ilustrativa de lo que persiguen proyectos como los del Human Brain Project, el BRAIN o incluso el Cajal Blue Brain, otra de las iniciativas en las que está involucrado este investigador del CSIC.

El Cajal Blue Brain está intentando descifrar la estructura de un pequeño fragmento de corteza cerebral para poder así hacer simulaciones muy reales de cómo ésta funciona. “Sabríamos cómo afecta un fármaco al cerebro mediante una simulación. Podríamos analizar millones de posibles cambios y hacer experimentos a través de esta simulación. Es la misma idea que persigue el ‘Human Brain Project’”

A pesar de las expectativas que han levantado estos proyectos, parte de la comunidad científica ha mostrado sus dudas con respecto a poder llegar a comprender, algún día, el cerebro humano. “Eso es absurdo”, asegura De Felipe. “No hay nada que nos pueda parar en el estudio del cerebro”, sentencia.

La utilidad de una simulación completa del cerebro también ha sido puesta en tela de juicio por algunos científicos. “Los modelos computacionales, por ahora, también tienen sus limitaciones”, recuerda Dierssen. “Necesitas datos sólidos. Además, la información que vas obteniendo va cambiando a lo largo del tiempo y de forma importante. O sea, que se están haciendo modelos de algo que cambia de forma muy dinámica”.

Otro de los problemas en los que se sustenta la desconfianza mostrada por algunos de los investigadores radica en el hecho de que “se ha sobredimensionado un poco la posible aplicabilidad de estos proyectos diciendo por ejemplo que se podrán imitar ‘in silico’ [por ordenador] patologías tan complejas como el Alzheimer”, explica Dierssen. Esta neurobióloga del CRG se muestra convencida de que estas investigaciones “permitirán avances conceptuales que al final se traducirán en un beneficio para los ciudadanos”, pero piensa que es muy importante moderar el mensaje para evitar “confusión y frustración entre la gente”.

Algún anuncio en 2013

Aunque estos proyectos, como es el europeo, trabajan a años vista, la revista Science ya ha anunciado que para este 2013 se podría hacer público algún avance notable en el campo del conectoma. Habrá que esperar para ver qué nos va a ir deparando la ciencia en este terreno, pero todo parece indicar que serán progresos que podrían cambiar los esquemas actuales de la neurociencia.

Fuente: lavanguardia.com

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Desarrollan un hidrogel que hace transparente el #cerebro

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Imagen: Reuters

Imagen: Reuters

11 de abril de 2013. 00:34h Efe.  Los Angeles (EE.UU.).

Un equipo multidisciplinar de la Universidad de Stanford, en California, ha desarrollado un método para estudiar el cerebro sin alterar su forma ni conexiones internas gracias a un proceso químico que lo hace transparente, según anunció hoy la institución.

El revolucionario avance promete cambiar el análisis del funcionamiento de la “caja negra” del ser humano, un órgano hasta ahora indescifrable cuyo interior ha quedado expuesto como un escaparate.

Esta técnica, denominada Clarity, presenta un gran potencial para acelerar las investigaciones sobre enfermedades como el alzheimer, la esquizofrenia y arrojar luz sobre las neuronas vinculadas al síndrome de Down o al autismo.

“El estudio de sistemas intactos con este tipo de resolución molecular y en toda su dimensión (ser capaces de ver el detalle más nimio y toda la estructura al mismo tiempo), ha sido un objetivo no alcanzado en la biología, una meta que Clarity empieza a cumplir”, aseguró Karl Deisseroth, ingeniero biológico, psiquiatra y jefe del proyecto.

El método de Deisseroth fue desvelado hoy en un artículo publicado en internet por la revista Nature y ha sido testado fundamentalmente en ratones, aunque también se ha probado con éxito en el pez cebra y en muestras de cerebro humano.

Hasta la fecha, el estudio del interior del cerebro implicaba seccionarlo, con la pérdida consiguiente de su estructura. Gracias a Clarity, el miembro es accesible como una sola pieza, con sus conexiones y complejidad molecular intactas.

Los científicos pueden adentrarse en él con tecnología tridimensional, realizar mediciones y utilizar químicos que permitan distinguir sus interioridades por colores.

“Nunca más el estudio en profundidad de nuestro órgano tridimensional más importante quedará limitado por métodos bidimensionales”, indicó Thomas Insel, director del Instituto Nacional de Salud Mental de EE.UU..

La esencia de este nuevo procedimiento de análisis del cerebro consiste en reemplazar los lípidos que dan forma al órgano, y que dificultan su análisis, por un hidrogel.

Una vez aplicada esa sustancia, que comienza un proceso de petrificación, se puede extraer el lípido sin dañar los tejidos. El resultado es un cerebro transparente.

El desafío que se plantean los investigadores a continuación es cómo gestionar e interpretar la gran cantidad de datos que se hacen accesibles.

“Supone un desafío de computación inmenso. Tenemos que desarrollar mejorados sistemas de tratamiento de imágenes segmentadas, registro de imágenes tridimensionales, calcos automatizados y captación de imágenes”, apuntó Deisseroth.

Este experto es uno de los que compone el equipo que determinará los objetivos de la iniciativa de investigación cerebral anunciada el pasado 2 de abril por el presidente de EE.UU., Barack Obama, y avalada con 100 millones de dólares.

Fuente: Agencia EFE

La #música es la unión de #emoción y #cognición para el #cerebro

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Foto: Blog Fundación CIEN

Foto: Blog Fundación CIEN

Pilar Lago, profesora de Ciencias de la Educación de la Universidad a Distancia, Uned realizó este programa de radio sobre música y cerebro: neurociencia, junto a Alberto Rábano, director del Banco de Cerebros BT-CIEN y Carmen Antúnez, Directora de la Unidad de Demencia del Hospital Universitario Virgen de la Arrixaca y del Banco de tejidos de Murcia.

Alberto Rábano nos cuenta que hoy sabemos gracias a la neurociencia que la música está muy dentro de nuestro cerebro y nuestro cuerpo, es algo que el cuerpo nos pide, porque lo necesita.

Carmen Antúnez confirma que la música es una capacidad natural que viene en nuestro código genético. Es nuestra manera de expresar que somos parte del ritmo de la naturaleza. La música produce unas emociones tan fuertes que es hace su estudio muy interesante para la neurociencia.

Alberto Rábano añade que ya se conoce bastante sobre el lenguaje y el cerebro, pero la música va todavía más allá, porque es más primitiva y está en el nacimiento del lenguaje. Los nuevos recursos están revolucionando los estudios y abriéndonos las puertas del cerebro tanto a nivel técnico con electroencefalografía, magnetoencefalografía, la resonancia magnética… y los planteamientos experimentales.

El cerebro atiende a músicas agradables y desagradables, las agradables que desencadenan reacciones químicas entre las que hay una descarga de dopamina, una sustancia que inunda el lóbulo frontal y produce placer. En la música hay dimensiones culturales, emocionales y cognitivas, la música nos hace identificarnos, recordar y hacernos preguntas.

Los griegos atribuían a la música un alto valor educativo, los niños que estudian música tienen refuerzos en todas las áreas cognitivas del cerebro, en el tronco, los lóbulos temporales y los frontales. La unión de emoción y cognición para el cerebro es la música.

Puedes escucharlo aquí http://www.ivoox.com/musica-cerebro-neurociencia_md_1746421_1.mp3″

Fuente: Blog Fundación CIEN

Alzheimer en personas jóvenes y adultas

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El Alzheimer no es exclusivo de los ancianos, de acuerdo a estadísticas, esta enfermedad puede iniciarse en personas entre 40 y 50 años, aunque los síntomas son imperceptibles

CIUDAD DE MÉXICO, México, sept. 11, 2012.-

350 mil mexicanos padecen Alzheimer. Es una enfermedad hasta ahora incurable, crónica y progresiva que destruye las neuronas de la corteza cerebral encargadas de los recuerdos y posteriormente las del resto de las funciones cerebrales.

Se presenta no sólo en adultos mayores, sino cada vez en sectores más jóvenes de la población, etapa conocida como Alzheimer prodrómico.

“Me explicaron cómo iba a ser la enfermedad. Yo no lo creí, no lo acepté, es más yo me desesperaba porque yo veía pues que caminaba, comía, tomaba cosas con las manos, se sentaba, se paraba, yo decía -No está enferma, no está enferma, no le puede pasar una cosa tan grave que me están diciendo-“, señaló Olivia Trejo González, familiar de un paciente con Alzheimer.

La incredulidad de Olivia tenía que ver con un factor fundamental: La edad de su familiar. Tenía 46 años cuando le detectaron los primeros síntomas.

“Conforme pasan las generaciones donde se van presentando los casos de la enfermedad de Alzheimer, lo van presentando a edades más tempranas, entonces tenemos excepcionalmente casos de pacientes que están alrededor de los 40 años y están presentando esos datos de la enfermedad”, dijo Edilberto Peña De León, director de Investigación en el Instituto de Neurociencias, Investigación y Desarrollo Emocional.

En México se estima que cinco por ciento de la población mayor de 65 años sufre Alzheimer. El riesgo de padecer la enfermedad crece exponencialmente con la edad, hasta alcanzar 50 por ciento de probabilidades en el grupo mayores de 85 años.

Entre 10 y 15 por ciento de este universo comenzó a desarrollar el padecimiento de forma prematura en relación a esta estadística, entre los 40 y 50 años de edad, con síntomas casi imperceptibles.

“Estas alteraciones son muy ligeras, generalmente en el área de los nombres, se me olvida cómo nombrar a un reloj, sé que sirve para dar la hora, sé que tiene manecillas, sé cómo utilizarlo, pero se me olvida la palabra reloj, o puedo encontrarme una persona en la calle, le veo la cara, sé que es conocido, pero no recuerdo su nombre”, añadió dijo Edilberto Peña De León, director de Investigación en el Instituto de Neurociencias, Investigación y Desarrollo Emocional.

“En el Instituto Nacional de Neurología nos habían comentado los doctores que ella aún estaba joven cuando le vino esta enfermedad, pero en ese tiempo falleció mi papá y bueno, se cree que quedó en una especie de shock que no fue tratado”, señaló Silvana Trejo, familiar de un paciente con alzheimer.

Factores como el estrés o el cansancio pueden ocasionar alteraciones momentáneas de memoria en personas de cualquier edad. Sin embargo, si estas alteraciones se vuelven frecuentes al grado de afectar la vida cotidiana, es momento de consultar a un especialista.

“Lo que tenemos ahora en el armamento de medicamentos y de tratamientos para estos pacientes, nos permite enlentecer y detener el desarrollo de la enfermedad hasta el doble de tiempo que pasaría si no estamos haciendo nada y prolongamos y doblamos también la calidad de vida del paciente y de los familiares”, agregó Edilberto Peña De León, director de Investigación en el Instituto de Neurociencias, Investigación y Desarrollo Emocional.

Sin olvida que la prevención es un instrumento efectivo contra el Alzheimer, por ejemplo, evitando factores de riesgos cardiovasculares y realizando lo que algunos especialistas llaman gimnasia mental.

“Este tema de hacer sudokus, de hacer sopas de letras, rompecabezas, crucigramas, son situaciones que mantienen activas a mis neuronas y que pueden hacer que esto se retrase”,  recomendó Edilberto Peña De León, director de Investigación en el Instituto de Neurociencias, Investigación y Desarrollo Emocional.

Fuente: Foro TV – Noticieros Televisa