Investigadores «ven» cómo el encéfalo lee las señales eléctricas
Las ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2894952/ (redes neuronales) —grupos de neuronas que están conectadas funcionalmente entre sí mediante estructuras especializadas llamadas sinapsis— desempeñan una función esencial en la percepción sensorial. «La percepción sensorial implica al menos dos procesos», explica el coordinador del proyecto NEURO-PATTERNS, Tommaso Fellin, investigador principal en el Instituto Italiano de Tecnología (IIT). Este proyecto recibió el apoyo del Consejo Europeo de Investigación. «Primero, el encéfalo necesita “escribir” la información sobre los estímulos físicos del mundo exterior, como la imagen de un coche que se acerca. Esta información se escribe en forma de actividad eléctrica en redes neuronales concretas del encéfalo». Después, estas señales eléctricas deben leerse para indicar el comportamiento adecuado, como reducir la velocidad. «Sabemos muy poco del segundo proceso —señala Fellin—. No comprendemos completamente cómo se lee la actividad eléctrica escrita en los circuitos neuronales para determinar nuestras acciones en respuesta a estímulos externos. En otras palabras, no sabemos el código que usa el encéfalo para interpretar las señales eléctricas escritas en las redes neuronales».
Descifrar el código
El objetivo del proyecto financiado con fondos europeos NEURO-PATTERNS era descifrar ese código a través del desarrollo de una nueva tecnología. Esto permitiría a los investigadores probar por primera vez la importancia de los patrones específicos de actividad eléctrica en las redes neuronales en relación con el comportamiento. «Para lograr este objetivo, combinamos conocimientos especializados en óptica, ingeniería, neurociencia celular y de circuitos y matemáticas —añade Fellin—. Esto nos permitió desarrollar un nuevo método óptico que puede leer y escribir patrones de actividad en redes neuronales con una resolución espaciotemporal sin precedentes». Primero, el equipo desarrolló el «software» y el «hardware» para el nuevo microscopio óptico. A continuación, el microscopio se combinó con el uso de moléculas sensibles a la luz que pueden informar o generar actividad eléctrica en las neuronas. Por último, el método fue validado en redes neuronales de tejido encefálico. Los investigadores descubrieron que por primera vez podían imponer patrones espaciotemporales de actividad eléctrica en redes encefálicas intactas y estudiar el código que utiliza el encéfalo para dirigir la percepción sensorial.
Una nueva era en neurociencia
Este avance podría conducir a numerosas aplicaciones prácticas, como la restauración o corrección de una actividad eléctrica anormal en las redes neuronales, que puede producirse en procesos patológicos del encéfalo. Los hallazgos también podrían inspirar la generación de algoritmos de inteligencia artificial más eficientes y proporcionar la base teórica para unas interfaces encéfalo-máquina más eficientes. Los hallazgos del proyecto se han publicado en diversos artículos científicos y han dado como resultado varias patentes. «También hay un enorme potencial de transferencia de tecnología entre distintos campos —afirma Fellin—. Un buen ejemplo de esto es SmartMicroOptics, una empresa derivada que fundamos durante el desarrollo de NEURO-PATTERNS». Esta empresa naciente produce un conjunto único de elementos ópticos ultrafinos que, aplicados a dispositivos electrónicos basados en cámaras, como los teléfonos móviles y las tabletas, se convierten en microscopios portátiles y baratos con un rendimiento óptico elevado. «En última instancia, esta tecnología ha abierto un nuevo campo en la neurociencia experimental —comenta Fellin—. Al proporcionar perturbaciones informadas (a través de la combinación del novedoso método óptico desarrollado en NEURO-PATTERNS y moléculas sensibles a la luz) a las redes neuronales, ahora podemos discernir su papel a la hora de dirigir el comportamiento». Los próximos pasos incluyen mejorar la escala espacial, la penetración, la eficiencia y la flexibilidad de estas perturbaciones. Desde una perspectiva neurocientífica, las cuestiones clave incluyen descubrir si el código se conserva entre modalidades sensoriales y cómo se ven alterados estos procesos en estados patológicos del encéfalo.
Palabras clave
NEURO-PATTERNS, encéfalo, neuronal, sinapsis, sensorial, neuronas, percepción, neurociencia
