Haciendo ondas en el cerebro

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Los investigadores usan lásers para inducir ondas cerebrales gamma en ratones.

Los científicos han estudiado ondas cerebrales de alta frecuencia, conocidas como oscilaciones gamma, durante más de 50 años, creyendo que son cruciales para la consciencia, atención, aprendizaje y memoria. Ahora, por primera vez, investigadores del MIT y colegas han encontrado una forma de inducir estas ondas iluminando una luz láser directamente sobre cerebros de ratones.

El trabajo se aprovecha de una tecnología recientemente desarrollada conocida como optogenética, la cual combina la ingeniería genética con la luz para manipular la actividad de células nerviosas individuales. La investigación ayuda a explicar cómo produce el cerebro ondas gamma y proporciona nuevas pruebas sobre el papel que desempeñan en la regulación de las funciones cerebrales – visiones que podrían llevar algún día a nuevos tratamientos para un amplio rango de desórdenes cerebrales.

“Las ondas gamma se sabe que se interrumpen en la gente con esquizofrenia y otras enfermedades psiquiátricas y neurológicas”, dice Li-Huei Tsai, Profesor Picower de Neurociencia e investigador en el Instituto Médico Howard Hughes. “Esta nueva herramienta nos dará una gran opción de estudiar la función de estos circuitos”.

Tsai es el coautor de un artículo sobre el trabajo que aparece en el ejemplar on-line del 26 de abril de la revista Nature.

Las oscilaciones gamma reflejan la actividad síncrona de una gran red de neuronas interconectadas, disparándose juntas a frecuencias que varían entre los 20 y 80 ciclos por segundo. “Estas oscilaciones se cree que son controladas por una clase específica de células inhibidoras conocidas como interneuronas de pico rápido”, dice Jessica Cardin, autora co-principal del estudio y miembro de posdoctorado en el Instituto McGovern del MIR para Investigación Cerebral. “Pero hasta ahora, no era posible una prueba directa para esta idea”.

Para determina qué neuronas son responsables de dirigir las oscilaciones, los investigadores usaron una proteína llamada canalrodopsina-2 (ChR2), la cual puede hacer las neuronas sensibles a la luz. “Combinando distintos trucos genéticos, fuimos capaces de expresar ChR2 en distintas clases de neuronas, permitiéndonos manipular su actividad con una sincronización precisa a través de láser y fibra óptica en el cerebro”, explica la autora co-principal Marie Carlén, miembro de posdoctorado en el Instituto Picower.

El truco para inducir ondas gamma fue la activación selectiva de las interneuronas de “pico rápido”, llamadas asó por su patrón característico de actividad eléctrica. Cuando se dirigía a estas células con pulsos láser de alta frecuencia, las regiones iluminadas del córtex empezaban a producir oscilaciones gamma. “Hemos demostrado por primera vez que es posible inducir un estado específico cerebral activando un tipo de célula específica”, dice el coautor Christopher Moore, profesor asociado de neurociencia e investigador en el Instituto McGovern. Por el contrario, no se indujeron oscilaciones gamma cuando las interneuronas de pico rápido fueron activadas a menores frecuencias, o cuando se activaron distintas clases de neuronas.

Los autores demostraron además que estos ritmos cerebrales regulan el procesado de señales sensoriales. Encontraron que la respuesta del cerebro a estímulos táctiles era mayor o menor dependiendo de exactamente dónde tenía lugar el estímulo dentro del ciclo de oscilación. “Esto apoya la idea de que estas oscilaciones síncronas son importantes para controlar cómo percibimos los estímulos”, dice Moore. “Los ritmos gamma podrían servir para hacer un sonido más grave, o una entrada visual más brillante, todo basado en cómo regulan los circuitos cerebrales estos patrones”.

Debido a que esta nueva aproximación requirió una fusión de expertos de neurociencia y genética molecular, tres laboratorios distintos contribuyeron a su finalización. Además de Tsai, Moore y Carlén del MIT, los coautores incluyen a Jessica Cardin, investigadora asociada al Instituto McGovern y la Universidad de Pennsylvania, y Karl Deisseroth y Feng Zhang de la Universidad de Stanford. Otros coautores fueron Konstantinos Meletis, miembro posdoctoral en el Instituto Picower, y Ulf Knoblich, estudiante graduado en el Departamento de Ciencias Cerebrales y Cognitivas del MIT.


Autor: Deborah Halber
Fecha Original: 26 de abril de 2009
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