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Año tras año, el ritmo de los descubrimientos en neurociencia es apasionante e implacable. Desde minicerebros cultivados en laboratorio hasta inteligencia artificial que descubre secretos evolutivos del cerebro humano, disfrute de estos 7 de los avances más sorprendentes de 2021.
Un equipo de investigación de la Universidad de California en San Francisco ha desarrollado con éxito un método que utiliza estimulación cerebral profunda (ECP) para tratar de forma adaptativa los síntomas depresivos sólo cuando aparecen. La estimulación cerebral profunda implica la implantación de electrodos dentro del cerebro para administrar corrientes eléctricas que alteren la actividad cerebral.
Estudios anteriores han tenido un éxito limitado en el tratamiento de la depresión con DBS porque los dispositivos sólo podían proporcionar estimulación eléctrica constante en un área del cerebro. Sin embargo, la depresión puede afectar varias áreas del cerebro y las firmas neuronales de la depresión pueden aumentar y disminuir de manera impredecible.
Básicamente, con el objetivo de crear un marcapasos para el cerebro, los científicos decodificaron un nuevo biomarcador neuronal. Este patrón específico de actividad cerebral predice eficazmente la aparición de los síntomas. Con este conocimiento, el equipo personalizó una nueva tecnología DBS que solo se activa cuando y donde reconoce ese patrón.
El tipo de terapia automática bajo demanda es impresionante porque sus respuestas funcionales son únicas tanto para el cerebro del paciente como para el circuito neuronal que causa la enfermedad. En su primera prueba, este método personalizado de DBS se probó con un paciente que sufría de depresión severa y fue aprobado con gran éxito. Casi de inmediato, los síntomas del paciente se aliviaron y así continuó a largo plazo.
En la era de la COVID, donde la ansiedad y los problemas de salud mental son cada vez más comunes, este enfoque podría resultar una terapia sin medicamentos de gran valor para cientos de millones de personas.
Al igual que las ondas de luz, los humanos sólo podemos percibir un espectro relativamente pequeño de las ondas sonoras que viajan a nuestro alrededor. Normalmente sólo podemos captar frecuencias entre 20 Hz y 20.000 Hz, más allá de esto se considera ultrasónico. Este es el rango de frecuencia en el que operan animales como los murciélagos, y también lo que se utiliza en las exploraciones médicas con ultrasonido.
Científicos de la Universidad Aalto han sido pioneros en un nuevo método que utiliza tecnología sofisticada y ha dado lugar a un dispositivo que básicamente proporciona a los humanos una audición al nivel de los murciélagos . Esto incluye no sólo la capacidad de escuchar frecuencias mucho más allá de los 20.000 Hz, sino también de discernir la dirección y la distancia de las fuentes de sonido. Para los biólogos, por ejemplo, permite a las personas rastrear murciélagos que de otro modo serían sigilosos en vuelo y localizar sus posiciones.
Funciona grabando ultrasonido a través de un conjunto de micrófonos esféricos, que detecta sonidos ultrasónicos y utiliza una computadora para traducir el tono a frecuencias audibles. Luego reproduce las ondas sonoras convertidas a través de auriculares en tiempo real. Ser capaz de percibir sonidos normalmente inaudibles podría tener valiosas aplicaciones industriales, por ejemplo, poder escuchar y localizar fugas de gas que de otro modo serían silenciosas.
Aunque la neurociencia es un dominio de la ciencia relativamente joven y de rápido crecimiento, la inteligencia artificial (IA) es mucho más nueva y está creciendo más rápidamente. Investigadores del MIT han revelado el potencial de combinar estos dos campos de la ciencia .
Utilizando el aprendizaje automático, han descubierto que las redes neuronales artificiales pueden autoaprender a oler en tan solo unos minutos, imitando en realidad los circuitos olfativos del cerebro de los mamíferos. Esto es profundo porque el algoritmo puesto en marcha no tenía conocimiento de los millones de años de evolución necesarios para desarrollar el olfato biológicamente.
Sin embargo, sorprendentemente, la red neuronal artificial replicó la actividad biológica del olfato tan fielmente que reveló que la red olfativa del cerebro está matemáticamente optimizada para su función.
Esta imitación precisa de la estructura natural de los circuitos del cerebro mediante el aprendizaje automático independiente puede presagiar una nueva era en la que la IA nos enseña los secretos internos de la evolución biológica. El sentido del olfato es el punto de partida en 2021, pero quién sabe a dónde podría llevar esto…
Investigadores de la Universidad de California en San Francisco desarrollaron un nuevo tipo de neuroprótesis del habla para pacientes con parálisis que les impide hablar. El método se demostró con éxito en un hombre con un tronco encefálico gravemente dañado, lo que le provocó parálisis de todo el cuerpo.
De manera algo sorprendente, funciona detectando señales cerebrales relacionadas con el habla que controlan las cuerdas vocales. Cuando hablamos, las cuerdas vocales requieren instrucciones complejas de función motora para poder articular la amplia variedad de sonidos que utilizamos al conversar. Incluso cuando no podemos movernos, estas señales aún pueden enviarse desde el cerebro.
Utilizando grabaciones cerebrales de pacientes con epilepsia, los científicos desarrollaron un método para decodificar en tiempo real instrucciones a los músculos vocales en palabras. A partir de estos patrones neuronales, pudieron discernir de manera confiable 50 palabras comunes diferentes cada vez que el paciente las pensaba.
Todo lo que se necesitaba era que el paciente usara una serie de electrodos de alta densidad para capturar y registrar la actividad neuronal, que registraba señales de la corteza motora del habla. Esto permitió traducir hasta 18 palabras por minuto con un 93% de precisión. La ventaja para el paciente era que simplemente tenía que actuar como si realmente estuviera hablando y podía comunicar cientos de frases diferentes a partir de un vocabulario de 50 palabras.
Aunque este avance parece limitado a los pacientes paralizados, sufrimos parálisis todas las noches cuando soñamos (a menos que caminemos sonámbulos). Si se evoluciona lo suficiente, este enfoque podría, por ejemplo, allanar el camino para traducir nuestros propios pensamientos mientras dormimos.
"Técnicamente denominados 'organoides cerebrales', los minicerebros pueden cultivarse a partir de células madre pluripotentes inducidas" . Estas células madre se pueden extraer de la piel o de la sangre de una persona y tienen el potencial de transformarse en cualquier tipo de célula. La ventaja es que las estructuras celulares, normalmente de difícil acceso, pueden, en principio, cultivarse y aislarse para su estudio. Esto es especialmente relevante para el cerebro, aunque los minicerebros anteriores tenían estructuras funcionales limitadas.
El avance de este año realizado por científicos de la UCLA ha catapultado la complejidad estructural mediante el crecimiento de agregados de organoides para formar estructuras cerebrales tridimensionales complejas. Los investigadores tomaron células madre de pacientes con síndrome de Rett (una afección que provoca convulsiones) y pudieron desarrollar minicerebros con actividad funcional similar a partes del cerebro humano. Esto significó que pudieron observar de forma segura y exitosa patrones de actividad eléctrica que se asemejan al inicio de las convulsiones.
Esta investigación muestra por primera vez que algunos aspectos de la función cerebral pueden aislarse y estudiarse en el laboratorio hasta el nivel de células vivas individuales. La ventaja clave es que estos minicerebros pueden cultivarse para replicar aspectos de funciones cerebrales normales y enfermas, así como para probar medicamentos y tratamientos sin riesgos para los humanos o los animales.
La escala del cerebro humano es enorme, por lo que todavía existen limitaciones claras en términos de la complejidad de las estructuras cerebrales que pueden estudiarse, pero está claro que este dominio emergente de la neurociencia tiene un potencial similar al de la ciencia ficción.
Con el crecimiento exponencial de la potencia informática en las últimas décadas, los microchips se han vuelto cada vez más pequeños cada año. Neurocientíficos de la Universidad de Brown centrados en la tecnología han desarrollado una computadora inalámbrica tan pequeña que el ojo humano puede pasarla fácilmente por alto. Apodados 'neurogranos' (porque tienen aproximadamente el tamaño de un grano de sal), fueron desarrollados para rastrear y monitorear la actividad cerebral.
Estas computadoras ultrapequeñas pueden registrar la actividad eléctrica de las neuronas cercanas y transmitir sus datos de forma inalámbrica. El objetivo era desarrollar un nuevo tipo de sistema de interfaz cerebro-computadora (BCI), donde una red de minisensores puede rastrear colectivamente aspectos significativos de la actividad cerebral y enviar la información a un centro cercano.
En un experimento de prueba de concepto, los investigadores implementaron una red para registrar con éxito la actividad neuronal de un roedor con mucha mayor precisión que nunca antes. Este registro de señales cerebrales con un detalle sin precedentes aún se encuentra en sus primeras etapas, pero el avance tecnológico es muy prometedor para poder convertir ondas cerebrales en acciones útiles del mundo real sin ningún esfuerzo físico.
Este año se ha utilizado conjunto de microelectrodos Los científicos del John A. Moran Eye Center de la Universidad de Utah construyeron el dispositivo para registrar y estimular la actividad neuronal dentro de la corteza visual.
Implantado dentro del ojo, el conjunto recibe información visual a través de gafas que contienen una pequeña cámara de vídeo, y los datos se procesan mediante un software especializado. Luego, el dispositivo activa las neuronas de la retina para producir fosfenos, como si estuvieran recibiendo puntos de luz. A su vez, permite que la mente perciba imágenes básicas de líneas y formas.
Probado con un paciente completamente ciego, este método demostró ser eficaz y no implicó complicaciones derivadas de la cirugía ni de la estimulación neuronal. En esta primera prueba, sólo se utilizó una única matriz. Sin embargo, el próximo objetivo es utilizar de 7 a 10 matrices para ofrecer imágenes más detalladas que permitan a las personas ciegas navegar por el mundo visualmente.
Investigadores de la Universidad Northwestern han aplicado una nueva clase de "moléculas danzantes" para reparar tejidos en lesiones graves de la médula espinal y revertir con éxito la parálisis . La parte de baile implica manipular el movimiento de estas moléculas para que puedan abrirse camino hacia receptores celulares que normalmente son imposibles de alcanzar, para incitarlas a ponerse en marcha para reparar los tejidos nerviosos.
Estas moléculas aparentemente mágicas funcionan activando señales en cascada, activando la regeneración de los axones y ayudando a las neuronas a sobrevivir después de una lesión, fomentando el nacimiento de una variedad de nuevos tipos de células. Esto, a su vez, favorece la regeneración de los vasos sanguíneos perdidos necesarios para la curación celular.
Probada en ratones, con una sola inyección de la terapia molecular los ratones paralizados pudieron volver a caminar en menos de cuatro semanas. De manera algo conveniente, 12 semanas después (mucho después de que se complete la recuperación), los materiales se biodegradan en nutrientes para las células sin ningún efecto secundario, desapareciendo efectivamente del cuerpo de forma natural.
La realidad virtual (VR) ha sido utilizada por los psicofísicos durante décadas para investigar cómo percibimos la información sensorial. Este año, investigadores de la Universidad de Basilea, la universidad más antigua de Suiza, desarrollaron una aplicación de realidad virtual para tratar las fobias a las alturas .
Llamado Easyheights , el software compatible con teléfonos inteligentes proporciona terapia de exposición utilizando imágenes de 360° de ubicaciones reales. Usando un visor de realidad virtual, los usuarios se paran sobre una plataforma que comienza a un metro del suelo y luego se eleva progresivamente a medida que los usuarios se aclimatan a cada nivel de altura. Funciona aumentando la exposición sensorial a la altura sin aumentar el nivel de miedo.
Un ensayo clínico demostró la eficacia de esta forma inmersiva de tratamiento, produciendo reducciones significativas de la fobia en situaciones de altura reales. Los beneficios se experimentaron con sólo cuatro horas de capacitación en el hogar. Este descubrimiento muestra cómo la combinación del conocimiento de la neurociencia con las tecnologías actuales puede mejorar clínicamente la calidad de vida de las personas de formas fácilmente accesibles.
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Aquí hay algunos hallazgos fascinantes de la neurociencia sobre el cerebro humano que quizás no conozcas.
Una diversidad de enfoques de investigación de NeuroTracker han dado lugar a conocimientos fascinantes sobre cómo el cerebro influye en el rendimiento y el bienestar humanos.
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