sábado, 2 de junio de 2018

El tamaño importa: Una nueva pista genética de la evolución del cerebro humano.



Tres genes que aparecieron durante nuestra evolución temprana probablemente aumentaron la cantidad de neuronas en humanos, aunque no todo podían ser  ventajas.



Todo comenzó con algunas muestras de tejido cerebral, creciendo en una placa de Petri.


A scientist wearing purple gloves prepares a tissue sample from a dissected human brain.



Frank Jacobs, entonces en la Universidad de California en Santa Cruz, había tomado muestras de células madre de humanos y de monos y los había tratado para que formaran pequeñas bolas de neuronas. Estos "organoides" reflejan las primeras etapas del desarrollo cerebral. Jacobs buscaba genes que se activaran con mayor intensidad  en los cerebros de los humanos respecto a  los cerebros de los monos. Un gen llamó la atención de todos, cuando presentó los datos a sus colegas en una reunión de laboratorio.

Había un gen llamado NOTCH2NL que estaba sobreactivado en las muestras de cerebro humano y apagado en las de los  monos, según Sofie Salama, que codirige al equipo de Santa Cruz con David Haussler. "¿Y cual es la función del gen  NOTCH2NL? Hasta entonces, era totalmente desconocida.

El equipo finalmente descubrió que NOTCH2NL parecía estar inactivo en los monos porque no existe en estos animales. Es un gen exclusivo de los humanos, y es probable que controle la cantidad de neuronas que fabricamos cuando somos embriones. Es uno de una lista creciente de genes sólo para humanos que podría ayudar a explicar por qué nuestros cerebros son mucho más grandes que los de otros simios.

Estos genes sólo para humanos son genes que aparecen normalmente cuando se duplican fragmentos de ADN de forma accidental. La duplicación crea copias de seguridad de genes existentes, que luego pueden mutar impunemente y asumir nuevos roles. De esta forma, los eventos de duplicación proporcionan combustible nuevo para la evolución.

También causan dolores de cabeza a los investigadores que intentan comprender nuestro genoma. Los científicos secuencian genomas mediante la ruptura de largos tramos de ADN en fragmentos más manejables. Luego descifran cada pieza por separado, antes de ensamblar las piezas en un todo. Pero cuando los genes están duplicados, los fragmentos de las copias son casi indistinguibles de los fragmentos de los originales, lo que causa confusión. Es como intentar armar varios rompecabezas que son solo ligeramente diferentes: cuando sus piezas se mezclan, parece que todas provienen de un único rompecabezas.

Ese fue el caso de NOTCH2NL. En borradores anteriores del genoma humano, parecía un único gen. Pero cuando el último (y vigésimo) borrador se publicó en diciembre de 2013, Jacobs y sus colegas se dieron cuenta de que este misterioso gen era en realidad tres genes. Se los conoce como NOTCH2NLA, NOTCH2NLB y NOTCH2NLC. Son 99.7 por ciento idénticos el uno al otro. Y tienen una historia complicada.

En el ancestro común de todos los grandes simios, solo había un gen: NOTCH2. En algún momento, se duplicó, pero solo parcialmente. Su gemelo, el primer gen NOTCH2NL, carecía de secciones importantes, por lo que no funcionaba correctamente. Era inservible, como un manual de instrucciones con capítulos arrancados al azar. Hasta la fecha, los chimpancés y los gorilas aún tienen estas versiones inservibles de NOTCH2NL.

Pero hace entre 3 y 4 millones de años, en los antepasados ​​de los humanos, sucedió algo especial. El gen original NOTCH2 sobrescribió parcialmente su duplicado inservible. Este proceso, conocido como conversión de genes, revivió NOTCH2NL, lo que le permitió desempeñar un papel activo en la biología de sus propietarios. Y habiendo resucitado, se duplicó dos veces más, creando los genes A, B y C que tenemos hoy.

Mientras el equipo de Jacobs estaba investigando todo esto, Ikuo Suzuki y sus colegas de KU Leuven, una universidad en Bélgica, buscaban los genes NOTCH2NL a través de una ruta diferente. Comenzaron por identificar genes que tienen tres características: surgen de eventos de duplicación, son muy activos en el cerebro en desarrollo y son únicos para los humanos. Suzuki y su equipo seleccionaron una lista de 35 genes e introdujeron varios de estos en los cerebros de ratones embrionarios para ver qué sucedería.


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Perfil de transcriptoma de genes de "solo humanos"
 durante la corticogénesis humana


Un gen -el NOTCH2NLB- tuvo un efecto particularmente interesante sobre la glía radial, las células responsables de desarrollar un cerebro. La glía radial son como talleres que fabrican dos productos: neuronas y más talleres. Tanto Suzuki como Jacobs descubrieron que los genes NOTCH2NL empujan a la glía hacia la segunda de sus tareas: reproducen mas talleres. A medida que su número aumenta, colectivamente generan más neuronas y desarrollan cerebros más grandes. Al influir sobre la glía radial, los genes NOTCH2NL pudieron haber contribuido a la evolución de nuestros cerebros haciéndolos mas grandes e inteligentes.

Estos cambios pueden haber tenido un costo. Los genes NOTCH2NL son tan similares que incluso nuestras células pueden confundirlos cuando se replican. Como resultado, el tramo de ADN donde residen estos genes es muy inestable. A veces, se duplica. A veces, se elimina. A veces, el gen A puede sobrescribir el B, o viceversa. Estos trastornos genéticos pueden conducir a graves trastornos del desarrollo.

En casos extremos, la duplicación de los genes NOTCH2NL puede conducir a macrocefalia, donde las personas crecen con cerebros y cabezas inusualmente grandes. Por el contrario, la pérdida total de estos genes puede conducir a la microcefalia, una condición de cerebros y cabezas muy  pequeñas. Otros cambios en esta región se han relacionado con el autismo, la esquizofrenia y los trastornos intelectuales. "Es fascinante pensar que el mismo mecanismo que ayudó a habilitar un cerebro más grande también nos puede hacer susceptibles a estos trastornos", según Salama. "Estamos pagando el precio por la ganancia que obtuvimos en nuestra evolución".

Por ahora, es difícil decir con exactitud cuánto varían los genes NOTCH2NL entre las personas, y cómo las variaciones específicas influyen en el tamaño del cerebro o en el riesgo de enfermedad. Es probable que eso cambie, ya que la nueva tecnología de "lectura de largos tramos de ADN" permite a los científicos secuenciar largos tramos continuos sin tener que romperlos primero en pedazos. A medida que se secuencien más genomas humanos utilizando métodos de lectura larga, se obtendrá una imagen más completa del papel de NOTCH2NL tanto en las enfermedades neurológicas como en la definición de las características que nos hace  humanos.

Los genes NOTCH2NL están lejos de ser los únicos relacionados con el tamaño del cerebro. Otros como ellos han sido identificados recientemente, con nombres igualmente tortuosos como SRGAP2C y ARHGAP11B. Sin olvidar que Suzuki se centró en NOTCH2NLB para  luego  identificar una lista de al menos 35 genes que podrían tener una función importante en el desarrollo del cerebro humano. Los próximos años serán ricos en nuevos descubrimientos en este campo de la neurociencia abierto por el estudio del cerebro mediante herramientas genómicas. Estaremos atentos.

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miércoles, 23 de mayo de 2018

Nuevos experimentos cuestionan el paradigma de dónde se almacena la memoria



 Los científicos transfirieron recuerdos de un caracol marino a otro. Algún día, podrían hacer lo mismo en los humanos.


David Glanzman, profesor de neurobiología en U.C.L.A. autor del nuevo artículo científico, ha estado estudiando la Aplisia californica, un caracol de mar, y su capacidad para mantener recuerdos a largo plazo durante años. Estos caracoles, que tienen aproximadamente doce centímetros de largo, son un organismo útil para estudiar cómo se forman los recuerdos porque sus neuronas son grandes y relativamente fáciles de trabajar.


Aplisia Californica


Estos  caracoles de mar pueden tener alrededor de 20,000 neuronas, una suma insignificante en comparación con los 100 mil millones que tienen los seres humanos. Pero los científicos han estado estudiando caracoles de mar durante mucho tiempo, y saben mucho sobre cómo los organismos aprenden. Muchos organismos marinos funcionan de la misma manera que los mamíferos, excepto que los procesos que los mantienen vivos son mucho menos complicados. Y los caracoles de mar no son una excepción: sus nervios transmiten impulsos de manera muy similar a la nuestra.

Por lo tanto, es impresionante que los investigadores de la Universidad de California  hayan podido transferir recuerdos sorprendentes entre los caracoles marinos. ¿Aún más impresionante? Esa investigación inicial podría allanar algún día el camino para procesos similares en humanos.

En el estudio, publicado en la revista eNeuro, un grupo de caracoles fueron entrenados para responder a un estímulo; en este caso, un ligero shock en la cola. El impacto no dañó a los caracoles. Simplemente desencadenó un reflejo de rizo defensivo, algo así como quitar la mano de una estufa caliente. Al principio, los caracoles solo se encrespaban por unos segundos. Pero a través de shocks repetidos, los investigadores los entrenaron para enrollarse por más tiempo, hasta aproximadamente 50 segundos.

Recientemente, los científicos habían apreciado que incluso cuando interferían con las células cerebrales de sus caracoles entrenados de una manera que debería haber eliminado por completo la memoria, parecía quedar algo de vestigio. Decidieron ver si algo más allá de las conexiones de las células cerebrales entre sí, a saber, ARN, podía ser la causa del mantenimiento de la memoria.

El ARN se conoce  por transportar mensajes entre el genoma y el resto de la célula. Pero los científicos se han dado cuenta gradualmente de que el ARN tiene alguna función más que jugar a mensajero.

Existen algunos tipos de ARN que, en lugar de transportar mensajes, ayudan a activar y desactivar genes. Se ha demostrado que están involucrados en la memoria a largo plazo en caracoles, ratones y ratas, a través de su capacidad para influir en las etiquetas químicas en el ADN. Estas etiquetas a su vez influyen en si un gen se activará en un organismo.

Continuando con su investigación, el equipo tomó un poco de ácido ribonucleico (ARN), que forma proteínas basadas en el ADN de las células, del tejido nervioso en la parte superior del abdomen de los caracoles entrenados y lo inyectó en los cuellos de los caracoles no entrenados para llegar a su sistema circulatorio. Para su sorpresa, los caracoles que no fueron inyectados con ARN se curvaron por solo unos pocos segundos, tras recibir un shock,  como hacen todos los caracoles cuando no han sido entrenados. ¿Pero que hicieron los caracoles a los que se les inyectó ARN de los caracoles entrenados? Mantuvieron la postura durante 40 segundos tras recibir el shock, como si recordaran cómo responder a un estímulo, a pesar de que nunca lo habían experimentado antes.

Luego, los investigadores tomaron las células cerebrales de caracoles entrenados y caracoles no entrenados y los cultivaron en el laboratorio. Bañaron las neuronas desentrenadas en el ARN de las células entrenadas, luego les dieron un shock y vieron que disparaban de la misma manera que las neuronas entrenadas. El recuerdo de las células entrenadas parecía haber sido transferido a las desentrenadas.

Los resultados, según  Glanzman, sugieren que los recuerdos pueden almacenarse dentro del núcleo de las neuronas, donde el ARN se sintetiza y puede actuar sobre el ADN para activar y desactivar los genes. El almacenamiento de memoria implicaba estos cambios epigenéticos (cambios en la actividad de los genes y no en las secuencias de ADN que los componen) que están mediados por el ARN.

El laboratorio de Glanzman y otros también han demostrado que la formación de la memoria a largo plazo se puede bloquear mediante la prevención de cambios epigenéticos, incluso cuando no se ve alterada la formación de sinapsis o el fortalecimiento de las mismas.

Este punto de vista desafía la noción generalizada de que los recuerdos se almacenan fortaleciendo las conexiones sinápticas entre las neuronas. Por el contrario, Glanzman ve los cambios sinápticos que ocurren durante la formación de la memoria como fluyendo a partir de la información que el ARN está llevando.

Esto es importante porque añade información a un debate científico de largo recorrido. Algunos investigadores piensan que los recuerdos se almacenan en las sinapsis (los espacios entre las células nerviosas). Pero otros científicos creen  que los recuerdos se almacenan en el núcleo de las neuronas. Y como dijo el autor del estudio David Glanzman a la BBC, "si los recuerdos se almacenaran en las sinapsis, no hay forma de que nuestro experimento hubiera funcionado".

En 2015, el investigador Ryan de Trinity College fue el autor principal de un artículo de ciencia con el Premio Nobel de MIT, Susumu Tonegawa, que mostró que los recuerdos podían recuperarse incluso después de que se bloqueara el fortalecimiento de la sinapsis. Ryan  persigue la idea de que los recuerdos se almacenan a través de conjuntos de neuronas unidas por nuevas conexiones sinápticas, no por el fortalecimiento de las conexiones existentes.

Sin embargo Ryan no cree que el comportamiento de los caracoles, o las neuronas cultivadas, demuestre que el ARN está transfiriendo recuerdos. Dijo que no entiende cómo el ARN, que funciona en una escala de tiempo de minutos a horas, podría estar causando la recuperación de memoria que es casi instantánea, o cómo el ARN podría conectar numerosas partes del cerebro, como los sistemas auditivo y visual, que están involucrados en recuerdos más complejos.

Pero hay muchos tipos diferentes de ARN, y el equipo de Glanzman planea hacer más investigaciones para determinar qué tipos afectan más directamente a la memoria.

Pero no nos dejemos llevar, ya que estamos hablando de caracoles, después de todo. Estos hallazgos no cierran el debate sobre dónde se almacenan los recuerdos, y ciertamente no significan que podamos restaurar al instante recuerdos detallados en humanos.

Lo que está en juego en el campo es alto porque la memoria es clave para nuestro sentido del yo y muchos científicos sienten que entender el funcionamiento de la memoria es algo que ya debería haberse resuelto. Es la última de las grandes preguntas de la biología del siglo XXI.

La realidad es que sabemos muy poco sobre la memoria.



sábado, 5 de mayo de 2018

Cómo se ha descubierto el GPS del cerebro





A veces es difícil recordar que alguna vez sabíamos encontrar nuestro camino sin GPS. Pero lo hicimos Y aún lo hacemos. Cada vez que exploramos una ciudad nueva, caminamos en la oscuridad o recorremos un sendero, dependemos de una red de neuronas especializadas en lo más profundo de nuestro cerebro para generar y mantener un mapa cognitivo de nuestro mundo. 

 


Un sentido del espacio que ocupamos


En 1971, John O'Keefe, en ese momento en la Universidad McGill y ahora en el University College de Londres, descubrió el primer componente del GPS del cerebro en el hipocampo de la rata, un área del cerebro crítica para la memoria. O'Keefe registró la actividad de las neuronas individuales cuando los animales vagaban libremente en su recinto. Descubrió que ciertas neuronas sólo se activaban cuando un animal se movía a través de un punto particular del recinto. Nombrando a estas neuronas como "neuronas espaciales", postuló que el hipocampo albergaba el mapa espacial interno del cerebro, donde las neuronas espaciales representan tanto la ubicación actual de un animal, como aquellas ubicaciones visitadas en el pasado.

El descubrimiento de las neuronas espaciales cambió fundamentalmente nuestro conocimiento del hipocampo que pasaba, de ser una estructura dedicada exclusivamente a los recuerdos declarativos, a una que también es crítica para navegar en el espacio.


Posición en el espacio


La actividad de la neurona espacial por sí sola no podría explicar la capacidad de la rata para aprender a circular por su entorno. Los colaboradores de O'Keefe, Edvard Moser y May-Britt Moser del Instituto Kavli de Neurociencia de Sistemas en la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología, exploraron este problema después de descubrir que las neuronas espaciales funcionaban incluso después de que se dañara parcialmente el circuito neural del hipocampo. Al razonar que la señal espacial surge en otra parte, los investigadores también estudiaron ratas que se movían libremente, analizando la actividad de  neuronas individuales de una región del cerebro con conexiones directas al hipocampo: la corteza entorrinal.

Resultado de imagen de tablero ajedrez chino
Tablero chino de ajedrez
Al igual que las neuronas espaciales de lugar existentes en el hipocampo, algunas de las neuronas analizadas se activaban en ciertos lugares y luego se mantenían en  silencio. Pero a diferencia de las neuronas espaciales de lugar, las neuronas de la corteza entorrinal solo se silenciaban momentáneamente y luego volvían a activarse. Hasta que el equipo aumentó el tamaño del recinto no quedó claro que las neuronas se activaban a intervalos precisos y repetitivos. La actividad de cada neurona individual formaba una cuadrícula hecha de triángulos regularmente espaciados, muy parecidos a un tablero de ajedrez chino. Descubiertas en 2005, las "neuronas espaciales de posición" también se han encontrado en ratones, murciélagos, monos y humanos.

 "Esta neurona sabe exactamente dónde estar activa y dónde permanecer en silencio", según May-Britt Moser, señalando que parecían crear un conjunto de puntos de referencia muy estables para navegar en entornos específicos. Y, debido a que las neuronas espaciales de posición del entorrino sirven como activadores a las neuronas espaciales de lugar del hipocampo, el equipo de Moser especuló que las neuronas espaciales de posición son las que deciden sobre las distancias en el entorno. John O'Keefe, Edvard Moser y May-Britt Moser ganaronel Premio Nobel en 2014 por sus descubrimientos de las neuronas espaciales delugar del hipocampo y las neuronas espaciales de posición del entorrino.





La brújula y el velocímetro del cerebro


Si bien las neuronas espaciales de lugar  del hipocampo y las neuronas espaciales de posición  entorrinales  son vitales para crear un mapa interno, ese mapa necesita la información que todos los sistemas de GPS necesitan para ayudarnos realmente a navegar: la dirección en la que nos movemos y la rapidez con la que lo hacemos.

En 1984, James Ranck del SUNY Downstate Medical Center describió las primeras "neuronas de orientación", encontradas fuera del hipocampo y de la corteza entorrinal que se activan en respuesta a la dirección que aborda una rata. En 2006, el equipo de Moser encontró "neuronas de orientación" en la corteza entorrinal, donde podían interactuar con las neuronas de posición. Luego, el grupo identificó un conjunto de células en la misma área del cerebro que discernía los bordes de un entorno, y que denominaron "neuronas de borde".

Encontrar neuronas para discernir la velocidad de un animal requirió mas  creatividad: el equipo de Moser construyó un mini auto sin fondo "Flintstone" en una pista. Las ratas corrían hacia un trozo de chocolate a una velocidad establecida por los investigadores. Encontraron neuronas en y alrededor de la corteza entorrinal que se activaban más rápido cuando la rata corría más rápido y disminuían su activación a medida que el animal reducía su velocidad. La forma en que estas "neuronas de velocidad" se activaron en concierto con la velocidad del animal fue tan consistente, que los investigadores pudieron determinar la velocidad del animal con solo mirar los registros de actividad de aproximadamente media docena de neuronas de velocidad del animal.


Una hoja de ruta en nuestras cabezas


Los investigadores continúan descubriendo ideas perspicaces sobre el GPS del cerebro. Por ejemplo, en el laboratorio de Moser criaron ratas en un recinto esférico que carecía de bordes definidos y, por lo tanto, las neuronas de borde carecían de actividad. Debido a que las neuronas de posición  se desarrollan más tarde que las neuronas de lugar y borde, no funcionan correctamente si las crías de rata no aprenden sobre el entorno durante los primeros 14 días después de abrir los ojos por primera vez. Estas ratas, por tanto, pierden una parte crítica de su repertorio de navegación.

La comprensión del circuito de navegación está iluminando algunos de los problemas más difíciles de la neurociencia. La habilidad del mapa interno del cerebro para adaptarse proporciona mecanismos por los cuales podemos consolidar nuestros recuerdos. Y, debido a que la corteza entorrinal se daña temprano en el curso de la enfermedad de Alzheimer, su función crítica en la navegación no solo proporciona una idea de por qué el perderse es uno de los primeros síntomas del Alzheimer, sino que también  ofrece nuevas vías para explorar y potencialmente mejorar la enfermedad.

"Esta es una historia increíble". Y una que promete continuar capturando la imaginación científica.



sábado, 10 de marzo de 2018

El circuito cerebral tras la interpretación de clásica o jazz



Los cerebros del pianista de jazz y del pianista clásico funcionan de manera diferente



Cuando los científicos pidieron a los pianistas tocar un acorde armónicamente inesperado
 dentro de una progresión de acordes estándar,
los cerebros de los pianistas de jazz comenzaron a replanificar
las acciones más rápido que los de los pianistas clásicos.
Esto se midió con sensores de EEG (electroencefalografía)
 en la parte posterior de la cabeza,
que detectaron las señales electricas en las regiones cerebrales responsables
de la planificación de la acción. Crédito: MPI CBS


Keith Jarret, pianista de jazz de fama mundial, una vez respondió en una entrevista cuando le preguntaron si alguna vez estaría interesado en hacer un concierto en el que tocaría tanto jazz como música clásica: "No, eso es  prácticamente imposible [...] Es [debido a] los circuitos. Tu sistema exige un circuito diferente para cada una  de esas dos cosas". Cuando los no especialistas tienden a pensar que no debería ser demasiado difícil para un músico profesional cambiar de estilos de música, como el jazz y el clásico, en realidad no es tan fácil como se podría suponer, incluso para personas con décadas de experiencia.


Científicos del Instituto Max Planck de Ciencias Cognitivas y Cerebrales Humanas (MPI CBS) en Leipzig demostraron que podría haber una explicación neurocientífica de este fenómeno: observaron que, mientras se toca el piano, se producen diferentes procesos en los cerebros de los pianistas clásicos y los pianistas de jazz, incluso cuando se interpreta  la misma pieza.


"La razón podría deberse a las diferentes demandas que estos dos estilos plantean a los músicos, ya sea para interpretar hábilmente una pieza clásica o para improvisar creativamente en el jazz. Por lo tanto, se podrían haber establecido en sus cerebros mientras toca el piano circuitos neuronales diferenciados, lo que hace que cambiar entre estos estilos sea más difícil", según Daniela Sammler, neurocientífica de MPI CBS y líder del estudio actual sobre las diferentes actividades cerebrales en los pianistas clásicos y los de jazz.


Una distinción crucial entre los dos grupos de músicos es la forma en que planifican los movimientos mientras tocan el piano. Independientemente del estilo, los pianistas, en principio, primero tienen que saber lo que van a tocar, es decir, las teclas que tienen que presionar, y luego cómo tocar, es decir, los dedos que deben usar. Es la ponderación de ambos pasos de la planificación, lo que está influenciado por el género de la música.


De acuerdo con esto, los pianistas clásicos enfocan su interpretación en el segundo paso, el "Cómo". Para ellos se trata de tocar piezas con una alta perfección técnica, y agregar una expresión personal. Por lo tanto, la elección de la digitación es crucial. Los pianistas de jazz, por otro lado, se concentran en el "Qué". Siempre están preparados para improvisar y adaptar su interpretación para crear armonías inesperadas.


"De hecho, en los pianistas de jazz encontramos evidencia neural de esta flexibilidad en la planificación de las armonías al tocar el piano", según Roberta Bianco, primera autora del estudio. "Cuando les pedimos que tocaran un acorde armónicamente inesperado dentro de una progresión de acordes estándar, sus cerebros comenzaron a replanificar las acciones de forma más rápida que los pianistas clásicos. Por lo tanto, fueron más capaces de reaccionar y continuar su actuación". Curiosamente, los pianistas clásicos se desempeñaron mejor cuando se trataba de seguir una digitación inusual. En estos casos, sus cerebros mostraron una mayor conciencia de la digitación y, en consecuencia, cometieron menos errores al imitar la secuencia de acordes.



Miles Davis is not Mozart: The brains of jazz and classical pianists work differently
Imagen: MPI CBS 













Los científicos investigaron este fenómeno con la participación de  30 pianistas profesionales; la mitad de ellos se especializaron en jazz durante al menos dos años, la otra mitad recibió formación clásica. A todos los pianistas se les mostró una mano en una pantalla que reproducía en un piano una secuencia de acordes llena de errores de armonías y digitación. Los pianistas tuvieron que imitar esta mano y reaccionar de acuerdo con las irregularidades mientras se registraban sus señales cerebrales con sensores de EEG (Electroencefalografía). Para garantizar que no hubiera otras señales molestas, como el sonido acústico, todo el experimento se llevó a cabo en silencio con un piano apagado.


"A través de este estudio, descubrimos con qué precisión el cerebro se adapta a las demandas de nuestro entorno", dice Sammler. También deja en claro que no basta con centrarnos en un solo género de música si queremos comprender completamente lo que sucede en el cerebro cuando interpretamos música, a diferencia de lo hecho hasta ahora investigando únicamente la música clásica occidental. "Para obtener una imagen más amplia, tenemos que buscar el mínimo común denominador de varios géneros", explica Sammler. "Es un proceso similar a la investigación en el lenguaje: para reconocer los mecanismos universales del procesamiento del lenguaje no podemos limitar nuestra investigación a un único idioma".



miércoles, 28 de febrero de 2018

¿Genética o Medio Ambiente?



El análisis de células individuales revela un extenso panorama de cambios genéticos en el cerebro después de una experiencia sensorial




"La  expresión 'Naturaleza y Medio Ambiente' auna bajo dos conceptos distintos los innumerables elementos de que se compone la personalidad. La naturaleza es todo lo que un hombre trae consigo al mundo; Medio Ambiente es toda influencia externa que lo afecta después de su nacimiento." Francis Galton, primo de Charles Darwin, 1874.

¿Es la naturaleza o el medio ambiente  lo que finalmente da forma a un ser humano? ¿Las acciones y los comportamientos son el resultado de los genes o del medio ambiente? Las variaciones de estas preguntas han sido exploradas por innumerables filósofos y científicos a través de milenios. Sin embargo, a medida que los biólogos continúan comprendiendo mejor los mecanismos que subyacen a la función cerebral, es cada vez más evidente que esta dicotomía debatida durante tanto tiempo puede no ser ninguna dicotomía.



IMAGE
IMAGEN:  Este es un barrido de neuronas de corteza cerebral etiquetadas
 con diferentes colores.
Por Lichman Lab. Harward University

En un estudio publicado en la revista Nature Neuroscience, neurocientíficos de la Facultad de Medicina de Harvard revelan cuán inexorablemente entrelazados están la naturaleza y el medio ambiente en el cerebro del ratón. Utilizando nuevas tecnologías desarrolladas en Harvard, el equipo analizó cómo una única experiencia sensorial afecta la expresión génica en el cerebro mediante el análisis de más de 114,000 células individuales en la corteza visual del ratón antes y después de la exposición a la luz.

Sus hallazgos revelaron un paisaje rico y diverso de cambios en la expresión génica en todos los tipos de células, involucrando 611 genes diferentes, muchos vinculados a la conectividad neuronal y la capacidad del cerebro para reconectarse en el proceso de aprendizaje y adaptación.

Los resultados ofrecen información sobre cómo las ráfagas de actividad neuronal que duran solo milisegundos desencadenan cambios duraderos en el cerebro y abren nuevos campos de exploración para comprender cómo funciona el cerebro.

"Lo que encontramos es, en cierto sentido, sorprendente. En respuesta a la estimulación visual, prácticamente todas las células de la corteza visual responden de una manera diferente", según el coautor Michael Greenberg. "Esto en esencia responde a la pregunta largamente formulada sobre la naturaleza y el medio ambiente: ¿son los genes o el medio ambiente? Son ambos, y así es como se unen"


Desvelando el proceso


Los neurocientíficos han sabido que los estímulos (experiencias sensoriales como el tacto o el sonido, los cambios metabólicos, las lesiones y otras experiencias ambientales) pueden desencadenar la activación de programas genéticos en el cerebro.

Compuesto por una amplia gama de diferentes células, el cerebro depende de una compleja orquesta de funciones celulares para llevar a cabo sus tareas. Los científicos han buscado durante mucho tiempo comprender cómo las células individuales responden a diversos estímulos. Sin embargo, debido a limitaciones tecnológicas, los estudios genéticos previos se centraron principalmente en poblaciones mixtas de células, oscureciendo los matices críticos en el comportamiento celular.

Para construir una imagen más completa, los investigadores dejaron a los  ratones en total oscuridad para calmar la corteza visual, el área del cerebro que controla la visión. Luego expusieron a los ratones a un haz de luz y estudiaron cómo afectaba a los genes dentro del cerebro visual. Utilizando la tecnología desarrollada por el laboratorio de Klein conocida como inDrops, rastrearon qué genes se activaron o desactivaron en decenas de miles de células individuales antes y después de la exposición a la luz.

El equipo encontró cambios significativos en la expresión génica después de la exposición a la luz en todos los tipos de células en la corteza visual, tanto neuronas como, inesperadamente, células no neuronales como astrocitos, macrófagos y células musculares que recubren los vasos sanguíneos en el cerebro.

Aproximadamente del 50 al 70 por ciento de las neuronas excitatorias, por ejemplo, exhibieron cambios independientemente de su ubicación o función. Sorprendentemente, dijeron los autores, una gran proporción de células no neuronales, casi la mitad de todos los astrocitos, por ejemplo, también exhibió cambios. El equipo identificó miles de genes con patrones de expresión alterados después de la exposición a la luz, y 611 genes que tenían al menos el doble de aumentos o disminuciones.

Muchos de estos genes se han relacionado previamente con la remodelación estructural en el cerebro, lo que sugiere que prácticamente toda la corteza visual, incluidas las células de tipos musculares y vasculares, pueden someterse a un recableado controlado genéticamente en respuesta a una experiencia sensorial.

Estos resultados podrían ser la respuesta a la  controversia entre los neurocientíficos sobre si la expresión génica podría controlar funcionalmente la plasticidad o la conectividad entre las neuronas. "Creo que nuestro estudio sugiere que este es el caso, y que cada célula tiene un programa genético único que define  la función de esta célula determinada dentro de un circuito neuronal", según Greenberg.


Una mina de preguntas


Estos hallazgos abren una amplia gama de posibilidades para su posterior estudio, dijeron los autores de la investigación. Por ejemplo, cómo los programas genéticos afectan la función de tipos celulares específicos, cómo varían a lo largo de la vida y cómo la disfunción en estos programas podría contribuir a la enfermedad, lo que podría ayudar a los científicos a aprender más sobre el funcionamiento fundamental del cerebro.

"La experiencia y los estímulos ambientales parecen afectar casi constantemente la expresión génica y la función en todo el cerebro. Esto puede ayudarnos a comprender cómo procesos tales como el aprendizaje y la formación de memoria, que requieren cambios a largo plazo en el cerebro, surgen de los cortos estallidos de actividad eléctrica a través de la cual las neuronas se comunican entre sí ", según Greenberg.

Un área de investigación especialmente interesante, según Greenberg, incluye los elementos reguladores que controlan la expresión de genes en respuesta a la experiencia sensorial. En un artículo publicado en la revista  Molecular Cell, se exploraba la actividad del complejo de proteínas FOS / JUN, que se expresa a través de diferentes tipos de células en el cerebro, pero parece regular programas únicos en cada tipo de célula.

Identificar los elementos reguladores que controlan la expresión génica es fundamental porque pueden explicar las diferencias en la función cerebral de un ser humano a otro, y también pueden ser la base de trastornos como el autismo, la esquizofrenia y la enfermedad bipolar, según los investigadores.

"Estamos sentados en una mina de oro de preguntas que pueden ayudarnos a comprender mejor cómo funciona el cerebro", según  Greenberg. "Y hay todo un campo de exploración a la espera de ser explotado".


Basado en:

lunes, 12 de febrero de 2018

Lo que diferencia a los humanos de los chimpancés: ¿Diferente ADN o expresión diferente de genes similares?



¿Por qué somos tan diferentes de nuestros parientes más cercanos, los chimpancés? Es realmente desconcertante, ya que parece haber pocas diferencias en la composición del ADN entre nuestras dos especies. Pero los investigadores están analizando esas diferencias con la esperanza de identificar extensiones del genoma exclusivamente humanas que nos ayuden a explicar la gran diferencia existente con  nuestros parientes simios más cercanos.





El tamaño del cerebro de un chimpancé (derecha)
es considerablemente más pequeño que el de un cerebro humano.
 Probablemente múltiples tramos de ADN ayuden a determinarlo,
dicen los genetistas.


Los resultados de algunas investigaciones han informado sobre dos tramos diferentes de ADN exclusivamente humano que parecen contribuir a la construcción de cerebros más grandes, en particular del cerebro humano que es excepcionalmente grande. ¿Podrían  estos tramos diferentes ser la respuesta de  por qué somos tan distintos de esos animales que son genéticamente similares?


Circunvoluciones cerebrales


Un estudio publicado en el 2015, describió un gen que no solo desencadena el crecimiento del cerebro, sino que también puede estimular la creación de pliegues y fisuras en su superficie, que son características del cerebro de los primates y excepcionalmente prominentes en el cerebro humano. La existencia de estos pliegues aumenta el área de la superficie del cerebro, lo que deja más espacio para que aumente el número de neuronas que  procesan y almacenan la información.

Investigadores del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética en Dresde, Alemania, buscaron un gen que es particularmente activo durante el desarrollo de la corteza cerebral, que ocurre muy temprano en la vida. La corteza es la delgada capa externa del tejido cerebral que se cree que es esencial para la memoria y la atención y, específicamente en los humanos, el pensamiento, el lenguaje y la conciencia.

Estos investigadores encontraron este gen al examinar la actividad del genoma en tejido fetal humano y compararlo con tejido de embriones de ratón, identificando 56 genes humanos de los que carecía el ratón. El más activo fue un gen llamado ARHGAP11B, una duplicación parcial de un gen existente. La duplicación surgió en algún momento después de que la evolución humana se separara de la línea que condujo a los chimpancés hace unos 5 o 6 millones de años. Es singularmente humano, y estaba presente en Neandertales  y Denisovanos, nuestros parientes desaparecidos, así como en humanos anatómicamente modernos, como el último Homo Sapiens. (Esos somos nosotros.)

Los investigadores descubrieron la función del gen  ARHGAP11B al insertarlo en ratones transgénicos. Duplicó las células madre corticales de los ratones y aumentó el tamaño de su cerebro.

Sorprendentemente, algunos de los cerebros de estos ratones transgénicos a los que se les había insertado el gen humano,  desarrollaron convoluciones. Pero los ratones no tienen convoluciones cerebrales. Estos pliegues desarrollados por los ratones transgénicos son más bien ondas, nada como las circunvoluciones en los cerebros de los primates, y mucho menos las complejas fisuras del cerebro humano. Pero es un gran descubrimiento.

 


No necesitas un gen específico para generar un gran cerebro


Sin embargo, tenemos que tener  en cuenta lo que Marta Florio, la primera autora del artículo sobre el Gen ARHGAP11B, expuso a una revista americana:  es probable que este gen sea solo uno de los muchos cambios genéticos que hacen que la cognición humana sea especial. No es el único gen necesario para la obtención de un gran y complejo cerebro como el humano.

El hecho es que no se necesita un gen específico para formar un gran cerebro. De hecho, es bastante probable que gran parte del ADN que es crucial para hacer un gran cerebro humano no se presente en forma de genes.

Usamos "gen" en el sentido en que generalmente lo decimos, un tramo de ADN que codifica una proteína. Eso es lo que hace ARHGAP11B. Pero los genes que codifican proteínas ocupan solo un minúsculo uno por ciento del genoma humano. El resto, anteriormente conocido como ADN basura, ahora llamado ADN no codificante, sigue siendo en gran parte un misterio. Pero está claro que gran parte de este ADN, tal vez la mayor parte, se dedica a regular lo que hacen los genes, definiendo, por tanto,  la acción genética.

Por eso, hace cuarenta años, los científicos propusieron que las diferencias fenotípicas entre humanos y chimpancés, esas diferencias dramáticas en la apariencia y el comportamiento, se debían en gran medida a que los humanos desarrollamos nuevas formas de regular nuestros genes en común.

Desde entonces, los investigadores han identificado muchas regiones de ADN que no han cambiado mucho durante la evolución de los mamíferos, incluidos la mayoría de los primates, pero que han experimentado un proceso acelerado de  variaciones, muchas de ellas después de que los primeros homínidos iniciales divergieran de la línea evolutiva que conducía a los chimpancés.

Estos bits de ADN se denominan Regiones Humanas Aceleradas (HAR en ingles). Estas regiones están presentes en nuestros parientes ya desaparecidos, los neandertales y los denisovanos, así como en nosotros, los Homo Sapiens.

Las HARs se encuentran principalmente en ADN no codificante. Eso ha hecho que sus funciones no sean tan fáciles de entender. Pero hay pistas sobre lo que hacen, porque estas regiones  no se dispersan aleatoriamente en el genoma. Las HARs se agrupan cerca de los genes que son importantes en la vida más temprana y en el sistema nervioso central, el cerebro y la médula espinal. Lo cual tiene perfecto sentido, porque nuestros cerebros grandes, y el comportamiento que se origina allí, es lo que nos hace tan diferentes de otras criaturas.

Un artículo publicado por  investigadores de la Universidad de Duke lo ha respaldado, mostrando que la región de ADN no codificante, identificada como HARE5, regula un gen que figura en el desarrollo y el tamaño del cerebro. (La E en HARE significa que esta región de ADN, acelerada en la evolución humana, actúa como un potenciador, lo que significa que mejora la transcripción de un gen asociado).

Aunque, realmente, lo que hace no es mejorar la actuación del gen ARHGAP11B. Nada es tan simple y ordenado en lo que respecta al cerebro humano. Mas bien, regula un gen completamente diferente, uno que tiene un nombre mucho más cautivador: Frizzled-8, Fzd8 para abreviar. Y es que, según la investigadora Marta Florio, son muchos los cambios genéticos han moldeado el cerebro humano.

El HARE5 humano difiere de la versión equivalente de chimpancé en solo unos pocos lugares, pero las consecuencias son enormes. Literalmente enormes. Los investigadores demostraron lo enorme que es  al fabricar ratones transgénicos, algunos con la versión chimpancé de HARE5 y otros con nuestra versión, la humana.


La versión humana de una secuencia de ADN llamada HARE5
 (insertada en este embrión de ratón)
 activó un gen que es importante para el desarrollo del cerebro.
 (La actividad de los genes está teñida de azul).


Los embriones de ratón con HARE5 humano tenían cerebros un  doce por ciento más grandes que los ratones con HARE5 de chimpancé. Los cerebros de ratones comienzan a desarrollarse en el noveno día de vida embrionaria. El HARE5 humano parece hacer que las células madre que se convertirán en neuronas se dividan más rápido y, por lo tanto, genera una mayor cantidad de ellas.



Los embriones de ratones transgénicos revelan que la versión humana (Hs, derecha) de HARE5
conduce a un desarrollo del cerebro más temprano y más grande que la versión de chimpancé


En este trabajo es la primera vez que los científicos muestran una conexión directa entre un HAR y un resultado funcional, en este caso un efecto dramático en la anatomía del cerebro.

"Creo que HARE5 es solo la punta del iceberg", comentó uno de los investigadores. "Es probablemente una de las muchas regiones que explica por qué nuestros cerebros son más grandes que los de los chimpancés".


¿Un gran cerebro cambia el comportamiento?


Aún más interesante es la cuestión de si el gen ARHGAP11B y el HARE5 humano hacen algo más que agrandar el cerebro. ¿Producen también cambios en el comportamiento y la cognición? ¿Sus cerebros más grandes harán que estos ratones transgénicos sean más inteligentes? Las pruebas están en marcha para verificarlo en el laboratorio.

Lo cual plantea una pregunta ética. ¿Podrían, o deberían los descubrimientos como este ser usados ​​eventualmente para crear animales más inteligentes?. Ruth Faden, especialista en bioética del Centro Johns Hopkins, cree que es una preocupación exagerada. Aún así, dijo, "es inquietante la perspectiva de, más o menos, derribar las barreras entre los seres humanos y otras especies no humanas en formas que realmente amenazan nuestra percepción de nosotros mismos como algo sumamente especial ".


Basado en:

jueves, 1 de febrero de 2018

Olor y sabor






La relación entre los sentidos del gusto y el olfato nos ayudan a interpretar el mundo químico, aunque a la mayoría de nosotros nos resulte poco intuitivo.




El gusto y el olfato son sentidos diferenciados, con sus propios órganos receptores, pero están íntimamente entrelazados. Los sabores, generados por los químicos en los alimentos, son detectados por las papilas gustativas, que consisten en células sensoriales especiales. Cuando se estimulan, estas células envían señales a áreas específicas del cerebro, lo que nos hace conscientes de la percepción del gusto. Del mismo modo, las células especializadas en la nariz recogen odorantes, moléculas de olor en el aire. Los olores estimulan las proteínas receptoras que se encuentran en cilios similares a pelos en las puntas de las células sensoriales, un proceso que inicia una respuesta neural. En definitiva, los mensajes sobre el gusto y el olfato convergen, lo que nos permite detectar los sabores de los alimentos.





Diagram of taste and smell receptors
Diagrama de receptores de olor y sabor
Imagen: Lydia V. Kibiuk, Baltimore, MD; Devon Stuart, Harrisburg, PA




Así como el sonido es la percepción de los cambios en la presión del aire y la vista, la percepción de la luz, los sabores y los olores son la percepción de los químicos en el aire o en nuestros alimentos. Estos sentidos de olor y sabor, separados con sus propios órganos receptores, están, sin embargo, íntimamente entrelazados.

Esta estrecha relación es más evidente en la forma en que percibimos los sabores de los alimentos. Como puede atestiguar cualquier persona con un resfriado, la comida "sabe" diferente cuando el sentido del olfato se ve afectado. En realidad, lo que realmente se está viendo afectado es el sabor de la comida o la combinación de sabor y olor. Eso se debe a que solo se detectan los sabores, no los olores de los alimentos. El gusto en sí mismo se centra en distinguir los productos químicos que tienen un sabor dulce, salado, agrio, amargo o umami. Sin embargo, las interacciones entre los sentidos del gusto y el olfato realzan nuestras percepciones de los alimentos que comemos.

Los sabores, los químicos en los alimentos, son detectados por las papilas gustativas, estructuras especiales incrustadas dentro de pequeñas protuberancias en la lengua llamadas papilas. Otras papilas gustativas se encuentran en la parte posterior de la boca y en el paladar. Cada persona tiene entre 5,000 y 10,000 papilas gustativas. Cada papila gustativa consta de 50 a 100 células sensoriales especializadas, que son estimuladas por estimulantes tales como azúcares, sales o ácidos. Cuando se estimulan las células sensoriales, hacen que las señales se transfieran a los extremos de las fibras nerviosas, que envían impulsos a lo largo de los nervios craneales a las regiones del sabor en el tronco encefálico. A partir de aquí, los impulsos se transmiten al tálamo y a un área específica de la corteza cerebral, lo que nos hace conscientes de la percepción del gusto.

Las moléculas de olor en el aire, llamadas odorizantes, son detectadas por neuronas sensoriales especializadas ubicadas en un pequeño parche de membrana mucosa que recubre el techo de la nariz. Los axones de estas células sensoriales pasan a través de perforaciones en el hueso que los recubre y entran en dos bulbos olfatorios alargados que yacen en la parte inferior del lóbulo frontal del cerebro.

Los olores estimulan las proteínas receptoras que se encuentran en cilios similares a pelos en las puntas de las células sensoriales, un proceso que inicia una respuesta neural. Un odorante actúa sobre más de un receptor, pero lo hace en diversos grados. De manera similar, un solo receptor interactúa con más de un odorante diferente, aunque también en diversos grados. Por lo tanto, cada odorante tiene su propio patrón de actividad, que se establece en las neuronas sensoriales. Este patrón de actividad se envía al bulbo olfatorio, donde otras neuronas se activan para formar un mapa espacial del olor. La actividad neuronal creada por esta estimulación pasa a la corteza olfativa primaria en la parte posterior del área inferior, u orbital, del lóbulo frontal. La información olfativa luego pasa a las partes adyacentes de la corteza orbital, donde la combinación de información de olor y sabor ayuda a crear la percepción del sabor.



jueves, 25 de enero de 2018

Apuntes sobre los agentes nerviosos




Los efectos a largo plazo de los agentes nerviosos siguen siendo inciertos, pero con los antídotos correctos, estos venenos ya no son una sentencia de muerte inmediata. 

Los primeros agentes nerviosos fueron sintetizados por los químicos alemanes en la víspera de la Segunda Guerra Mundial, y provocan la muerte  al unirse a la acetilcolinesterasa (AChE), una enzima que degrada el neurotransmisor Acetilcolina cuando se libera en las sinapsis. Una de las enzimas más eficientes conocidas, una sola molécula de AChE puede hidrolizar 600,000 moléculas de acetilcolina por minuto, según Palmer Taylor, un farmacólogo de la Universidad de California en San Diego.

Los agentes nerviosos se insertan directamente en el centro activo de la AChE, una pequeña cavidad. Una vez que una molécula del agente nervioso  se introduce allí y forma un enlace covalente con un grupo de serína, el AChE "no puede escupirlo". A medida que la acetilcolina se acumula en las sinapsis, las víctimas pueden desarrollar síntomas que asemejan a la Corea de Huntington, y bailar desaforadamente antes de colapsar y retorcerse en convulsiones letales. Sin intervención médica, el cerebro deja de enviar señales a los músculos que controlan la respiración y mantienen la presión sanguínea: las víctimas caen en coma y dejan de respirar. Cantidades tan pequeñas como unos miligramos  del agente nervioso son suficientes para producir la muerte del sujeto.

Para tratar las convulsiones, se necesita la aplicación inmediata de un anticonvulsivo. El Diazepam ha sido el tratamiento primario de elección, pero los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de EE. UU. han respaldado un compuesto de acción más rápida, el Midazolam. " Es una droga mucho mejor en situaciones de alto riesgo", según el neurocientífico del NIH, David Jett.

Otros remedios apuntan a la causa de los síntomas: el exceso de acetilcolina en las sinapsis entre neuronas. La atropina, un compuesto derivado de la planta de belladona, bloquea los receptores de acetilcolina y puede ser utilizado como tratamiento. Pero no puede evitar que las moléculas de agentes nerviosos que se adhieran a la enzima acetilcolinesterasa AChE formen un enlace irreversible con la enzima, un proceso medido por el tiempo de "envejecimiento" del agente nervioso. El tiempo de envejecimiento del Sarin es de aproximadamente 5 horas. El Soman, un agente nervioso menos conocido pero muy temido, tiene un tiempo de envejecimiento de solo 2 minutos.

Dando solo atropina, los sobrevivientes a la exposición a  agentes nerviosos necesitan semanas para que sus cuerpos regeneren la cantidad necesaria de AChE. Es por eso que las víctimas necesitan recibir, tan pronto como sea posible después de la exposición, lo que  llaman el "verdadero antídoto" para el envenenamiento por agentes neurotóxicos: las oximas. Al igual que una palanca molecular, estos productos químicos eliminan el agente nervioso de la enzima AChE antes de que el complejo envejezca.

Inicialmente, la única oxima aprobada para su uso contra los agentes nerviosos era el cloruro de 2-pralidoxima, o 2-PAM. Pero debido a que el 2-PAM tiene carga positiva, poco o nada cruza la barrera hematoencefálica. Esa es una desventaja seria, porque los agentes nerviosos ejercen sus efectos más destructivos en el cerebro.

En 2001, Taylor se asoció con K. Barry Sharpless, un químico del Instituto de Investigación Scripps en San Diego, para crear oximas que pierden protones para convertirse en un compuesto neutro; los compuestos se examinaron para detectar aquellos que, una vez dentro del cerebro, pueden recuperar una carga positiva, lo que es crucial para que funcione el engaño molecular. El equipo de Taylor ha probado a su favorito en ratones y en macacos expuestos al sarín, y en agosto de 2017 informó que dicho compuesto revertía rápidamente los síntomas.

Un grupo dirigido por Carlos Valdez, un químico del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California, también ha desarrollado una oxima neutra potente que ingresa fácilmente en el cerebro de los conejillos de indias. Y Janice Chambers, bióloga de la Universidad Estatal de Mississippi en Starkville, junto con su difunto esposo, Howard Chambers, crearon una oxima novedosa con un grupo lipófilo que debería ayudarlo a atravesar la barrera hematoencefálica. En los ensayos de laboratorio, alivió los síntomas en ratas expuestas a sustitutos del agente nervioso y está siendo sometido a pruebas adicionales.



Un abrazo letal



Los agentes nerviosos se unen a la acetilcolinesterasa (AChE), una enzima que controla los niveles del neurotransmisor acetilcolina. El "tiempo de envejecimiento" de cada agente, enumerado aquí, indica cuánto tiempo tarda el vínculo en volverse irreversible.



SOMAN…..2 minutos


Soman-3D-balls-by-AHRLS-2011.png
(metilfosfonofluoridato de O-pinacolilo)

La toma de un medicamento bloqueador de AChE antes de la exposición al Soman aumenta las probabilidades de sobrevivir  a  su acelerado tiempo de envejecimiento.






SARIN….5 horas


Sarin-3D-balls-by-AHRLS-2012.png
(metilfosfonofluoridato de O-isopropilo)



Las personas sometidas a su exposición  tendrían una breve ventana después de la exposición para ser tratadas con la oxima, que expulsa al agente nervioso de su enlace con la enzima AChE antes de que se complete el envejecimiento.









VX…....36.5 horas


VX-3D-balls.png
(S-[2-(Diisopropilamino)etil]metilfosfonotioato de O-etilo)

Abreviatura de "agente venenoso X", VX es el agente nervioso más tóxico: varios miligramos absorbidos a través de la piel son una dosis letal.









TABUN…….46 horas

Tabun-3D-balls.png
(Etil N,N-dimetilfosforamidocianato)







Un químico alemán descubrió por casualidad la letalidad del Tabun en los humanos en 1936. Este agente neurotóxico fue ampliamente utilizado durante la Guerra Irán-Iraq.













Basado en: http://www.sciencemag.org/news/2018/01/how-defeat-nerve-agent?utm_campaign=news_daily_2018-01-05&et_rid=181558191&et_cid=1773790





domingo, 14 de enero de 2018

La neurociencia que nos sorprenderá en 2018


"El polvo neural", la escritura desde el pensamiento y los mini cerebros serán tres de los temas neurocientíficos que van a  generar un mayor interés académico y corporativo en este año.


Las tecnologías para detectar la actividad cerebral -lo podríamos llamar lectura mental-, así como para cambiarla, avanzan tan rápido que "está ocurriendo un poco de fiebre del oro, tanto en el aspecto académico como desde el lado corporativo", según expresó Michel Maharbiz de la Universidad de California, Berkeley, en una conferencia reciente en el Instituto de Tecnología de Massachusetts. A continuación se describen tres áreas de neurociencia en rápida expansión que pueden dar anuncios espectaculares en 2018:


Polvo neural / Neurogranos




"Neural Dust" Could Enable a Fitbit for the Nervous System
Imagen: Alexander Shirokov/Thinkstock (MARS)


Como sea que llamemos a estos dispositivos electrónicos, son realmente muy pequeños. Los resultados del programa de ingeniería neuronal de DARPA, que tiene como objetivo desarrollar un implante cerebral que pueda comunicarse digitalmente con el mundo exterior, se esperan con impaciencia en el ámbito científico. El primer paso es detectar la señalización electroquímica de las neuronas (según DARPA, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa del Pentágono, la detección simultánea de  1 millón de neuronas a la vez sería un buen comienzo). Para hacer eso, los científicos de la Universidad de Brown están desarrollando "neurogeles" del tamaño de granos de sal que contienen un electrodo para detectar destellos neuronales y para “apagar” las neuronas, todo a través de una antena de radiofrecuencia.

El "polvo neural" de Maharbiz ya puede hacer la primera parte. Los pequeños dispositivos inalámbricos pueden detectar qué están haciendo las neuronas, según informaron él y sus colegas en un estudio realizado en ratas en 2016. (El científico principal del estudio se mudó recientemente a Neuralink, una de las empresas punteras de tecnología cerebral). Ahora Maharbiz y su equipo también están trabajando para que el polvo neural reciba señales externas y provoque que las neuronas se disparen de ciertas maneras. Tal "estímulo" sería "el estimulador [nervioso] más pequeño jamás construido", según Maharbiz. Eventualmente, los científicos esperan descubrir el código neuronal para, por ejemplo, caminar, permitiéndoles transmitir el código preciso necesario para que un paciente paralítico pueda volver a caminar. 

También están intentando descifrar el código neuronal para comprender el lenguaje hablado, lo que podría llevar a la generación de señales externas que provocaran que las personas pudieran escuchar voces internas. Esta tecnología podría plantear serios problemas éticos que, según los expertos, serán abundantes conforme se desarrolle esta rama de la neurociencia.


Generar escritura mediante el pensamiento.


Brain–Computer Interface Allows Speediest Typing to Date
Imagen: Courtesy Stanford University

Elon Musk no es el único multimillonario interesado en nuestro cerebro. Facebook está avanzando a toda máquina en su programa de "discurso silencioso", según el neurocientífico Mark Chevillet, quien lidera el proyecto. Pocas personas usan asistentes de voz en el trabajo: "A las personas no les gusta utilizarlo [decir en voz alta lo que quieren escribir] ". Pero "¿y si se pudiera escribir directamente desde el cerebro?" Las primeras pruebas "nos dicen que esto no es ciencia ficción".  "Hay una señal allí [del cerebro] que se puede aprovechar". 

Building 8, el centro de tecnología avanzada de Facebook donde se ubica el proyecto de escribir con el  pensamiento, funciona en ciclos de dos años; Chevillet, que trabajaba en el  Johns Hopkins, se unió a este proyecto en el 2016, por lo que 2018 podría dar indicios de que el proyecto avanza hacia convertir los pensamientos en texto, a las esperadas 100 palabras por minuto, unas 20 veces más rápido que las interfaces cerebro-máquina actuales.


Mini cerebros


The Beauty of "Mini Brains"
Imagen: Courtesy of Thomas Hartung and David Pamies Johns Hopkins Center for Alternatives to Animal Testing and Organome, LLC, and Paula Barreras and Carlos Pardo Division of Neuroimmunology and Neurological Infections, Johns Hopkins Hospital

 
Los organoides tridimensionales que los científicos crean a partir de células madre humanas desarrollan neuronas funcionales, distintas capas de corteza y otras arquitecturas que imitan  a un cerebro de tamaño completo. La tecnología para fabricar organoides cerebrales avanza tan rápido (solo este mes, los investigadores lograron iniciar el proceso y crear organoides cerebrales en unas pocas semanas, en lugar de los meses que costaba hasta hace poco) que podemos esperar que el 2018 ofrezca versiones cada vez más realistas. Mini cerebros obtenidos  a partir de células madre de pacientes con trastornos psiquiátricos hereditarios como la esquizofrenia prometen revelar qué es lo que falla en el desarrollo del cerebro de esos pacientes.

Pero lo que realmente se anticipa son dos desarrollos técnicos. Una es proporcionar a los organoides un suministro de sangre, ya que el laboratorio de George Church en Harvard dice que ya lo ha conseguido, pero que aún no ha publicado los resultados. La "vascularización" podría permitir que los organoides crezcan mucho más que su diámetro actual de un cuarto de pulgada, tal vez abandonando el "mini" y convirtiéndose en un cerebro en pleno crecimiento que se desarrolla  en una placa de Petri. El otro avance que recibe mucha atención en círculos de organoides cerebrales es dar una entrada sensorial, probablemente a través de una retina, como se rumorea que un laboratorio está desarrollando. Eso supondría, en teoría, que las pequeñas entidades pudieran acumular.... experiencias.

La neurociencia se está poniendo realmente interesante.


Basado en: