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Año tras año, el ritmo de los descubrimientos en neurociencia es emocionante e implacable. Desde minicerebros cultivados en laboratorio hasta inteligencia artificial que desvela los secretos evolutivos del cerebro humano, disfruta 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 la estimulación cerebral profunda (ECP) para tratar de forma adaptativa los síntomas depresivos solo cuando aparecen. La estimulación cerebral profunda consiste en implantar electrodos en el cerebro para administrar corrientes eléctricas que alteren la actividad cerebral.
Estudios previos han tenido un éxito limitado en el tratamiento de la depresión con ECP, ya que los dispositivos solo podían administrar estimulación eléctrica constante en una zona del cerebro. Sin embargo, la depresión puede afectar diversas áreas del cerebro, y sus señales neuronales pueden fluctuar de forma impredecible.
Con el objetivo de crear un marcapasos cerebral, los científicos decodificaron un nuevo biomarcador neuronal. Este patrón específico de actividad cerebral predice eficazmente la aparición de síntomas. Con este conocimiento, el equipo adaptó una nueva tecnología de estimulación cerebral profunda (DBS) que solo se activa cuando y donde reconoce dicho patrón.
El tipo de terapia automática a 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 ECP se probó con un paciente que sufría de depresión severa y tuvo una excelente aprobación. Casi de inmediato, los síntomas del paciente se aliviaron, y esto se mantuvo a largo plazo.
En la era del COVID, donde la ansiedad y los problemas de salud mental se están volviendo comunes, este enfoque podría resultar una terapia invaluable sin medicamentos para cientos de millones de personas.
Al igual que las ondas de luz, los humanos solo podemos percibir un espectro relativamente pequeño de las ondas sonoras que nos rodean. Normalmente, solo podemos captar frecuencias entre 20 Hz y 20 000 Hz; más allá de este rango se considera ultrasónico. Este es el rango de frecuencia en el que operan animales como los murciélagos y también el que se utiliza en las ecografías médicas.
Científicos de la Universidad Aalto han desarrollado un nuevo método que utiliza tecnología sofisticada, lo que ha dado lugar a un dispositivo que proporciona a los humanos una audición similar a la de los murciélagos. Esto incluye no solo la capacidad de escuchar frecuencias muy superiores a los 20 000 Hz, sino también de discernir la dirección y la distancia de las fuentes de sonido. Para los biólogos, por ejemplo, permite rastrear murciélagos en vuelo, que de otro modo serían sigilosos, y localizar su posición.
Funciona grabando ultrasonidos mediante un conjunto de micrófonos esféricos que detecta sonidos ultrasónicos y utiliza una computadora para traducir el tono a frecuencias audibles. Posteriormente, reproduce las ondas sonoras convertidas a través de auriculares en tiempo real. La capacidad de percibir sonidos normalmente inaudibles podría tener valiosas aplicaciones industriales, por ejemplo, la capacidad de escuchar y localizar fugas de gas que, de otro modo, serían silenciosas.
han revelado el potencial de combinar estos dos campos científicos Investigadores del MIT.
Mediante el aprendizaje automático, han descubierto que las redes neuronales artificiales pueden aprender a oler por sí solas en tan solo unos minutos, imitando los circuitos olfativos del cerebro de los mamíferos. Esto es crucial, ya que el algoritmo implementado desconocía 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 de cerca que reveló que la red olfativa del cerebro está matemáticamente optimizada para su función.
Esta imitación precisa de la estructura natural de los circuitos cerebrales mediante aprendizaje automático independiente podría anunciar una nueva era, en la que la IA nos enseñará los secretos de la evolución biológica. El olfato es el punto de partida en 2021, pero quién sabe adónde nos llevará 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 causó parálisis corporal total.
Curiosamente, funciona detectando señales cerebrales relacionadas con el habla que controlan las cuerdas vocales. Cuando hablamos, las cuerdas vocales requieren instrucciones motoras complejas para articular la amplia variedad de sonidos que utilizamos al conversar. Incluso cuando no podemos movernos, estas señales pueden enviarse desde el cerebro.
Utilizando grabaciones cerebrales de pacientes con epilepsia, los científicos desarrollaron un método para decodificar en tiempo real las instrucciones dirigidas a los músculos vocales, transformándolas en palabras. A partir de estos patrones neuronales, pudieron discernir con fiabilidad 50 palabras comunes diferentes cuando el paciente las pensaba.
Solo se requería que el paciente usara un conjunto de electrodos de alta densidad para capturar y registrar la actividad neuronal, la cual registraba señales de la corteza motora del habla. Esto permitía traducir hasta 18 palabras por minuto con una precisión del 93 %. La ventaja para el paciente era que simplemente tenía que fingir que realmente estaba hablando y podía comunicar cientos de frases diferentes de su vocabulario de 50 palabras.
Aunque este avance parece limitado a pacientes paralizados, sufrimos parálisis cada noche al soñar (a menos que caminemos dormidos). Si evoluciona lo suficiente, este enfoque podría, por ejemplo, allanar el camino para traducir nuestros pensamientos mientras dormimos
Conocidos técnicamente como "organoides cerebrales", los minicerebros pueden cultivarse a partir de células madre pluripotentes inducidas. Estas células madre pueden obtenerse de la piel o la sangre de una persona y tienen el potencial de transformarse en cualquier tipo de célula. La ventaja radica en que, en principio, se pueden cultivar y aislar estructuras celulares de difícil acceso para su estudio. Esto es especialmente relevante para el cerebro; sin embargo, los minicerebros anteriores presentaban estructuras funcionales limitadas.
El avance logrado este año por científicos de la UCLA ha impulsado la complejidad estructural mediante el cultivo de agregados de organoides para formar complejas estructuras cerebrales tridimensionales. Los investigadores extrajeron células madre de pacientes con síndrome de Rett (una afección que provoca convulsiones) y lograron cultivar minicerebros con actividad funcional similar a la de ciertas partes del cerebro humano. Esto les permitió observar de forma segura y eficaz patrones de actividad eléctrica que se asemejan al inicio de las convulsiones.
Esta investigación demuestra por primera vez que algunos aspectos de la función cerebral pueden aislarse y estudiarse en el laboratorio, incluso a nivel de células vivas individuales. La principal ventaja es que estos minicerebros pueden cultivarse para replicar aspectos de las funciones cerebrales, tanto normales como patológicas, así como para probar fármacos y tratamientos sin riesgos para humanos ni animales.
La escala del cerebro humano es enorme, por lo que aún existen claras limitaciones en términos de la complejidad de las estructuras cerebrales que se pueden estudiar, pero claramente este dominio emergente de la neurociencia tiene un potencial similar al de la ciencia ficción.
Gracias al crecimiento exponencial de la capacidad de procesamiento informático en las últimas décadas, los microchips se han vuelto cada vez más pequeños año tras año. Neurocientíficos de la Universidad de Brown, , han desarrollado un ordenador inalámbrico tan pequeño que pasa desapercibido para el ojo humano. Bautizados como "neurogranos" —por su tamaño similar al de un grano de sal—, fueron diseñados para rastrear y monitorizar 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 una precisión sin precedentes. Este registro de señales cerebrales con un detalle sin precedentes aún se encuentra en sus primeras etapas, pero este avance tecnológico promete convertir las ondas cerebrales en acciones prácticas en el mundo real sin esfuerzo físico.
Este año matriz de microelectrodos se ha utilizado construyeron el dispositivo para registrar y estimular la actividad neuronal en la corteza visual.
Implantado en el ojo, el conjunto recibe información visual a través de unas gafas que contienen una pequeña cámara de video, cuyos datos son procesados por un software especializado. El dispositivo activa las neuronas retinianas para producir fosfenos, como si recibieran puntos de luz. Esto permite que la mente perciba imágenes básicas de líneas y formas.
Tras probarse con un paciente completamente ciego, este método demostró ser eficaz y no presentó complicaciones derivadas de la cirugía ni de la estimulación neuronal. En esta primera prueba, se utilizó una sola matriz. Sin embargo, el próximo objetivo es utilizar de 7 a 10 matrices para obtener 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. El proceso de "danza" consiste en manipular el movimiento de estas moléculas para que puedan acceder a receptores celulares normalmente inaccesibles, induciéndolos así a reparar los tejidos nerviosos.
Estas moléculas, aparentemente mágicas, actúan activando señales en cascada que estimulan la regeneración de los axones y ayudan a las neuronas a sobrevivir tras una lesión, fomentando el nacimiento de diversos tipos de células nuevas. Esto, a su vez, favorece la regeneración de los vasos sanguíneos perdidos, necesarios para la regeneración celular.
Probada en ratones, una sola inyección de la terapia molecular permitió que los ratones paralizados volvieran a caminar en menos de cuatro semanas. Convenientemente, 12 semanas después (mucho después de completar la recuperación), los materiales se biodegradan en nutrientes para las células sin efectos secundarios, desapareciendo del cuerpo de forma natural.
Los psicofísicos llevan décadas utilizando la realidad virtual (RV) para investigar cómo percibimos la información sensorial. Este año, investigadores de la Universidad de Basilea, la más antigua de Suiza, desarrollaron una aplicación de realidad virtual para tratar la fobia a las alturas.
Easyheights ,ofrece terapia de exposición mediante imágenes de 360° de lugares reales. Con un casco de realidad virtual, los usuarios se sitúan en una plataforma que comienza a un metro del suelo y se eleva progresivamente a medida que se acostumbran a cada altura. Su funcionamiento se basa en aumentar la exposición sensorial a las alturas sin incrementar el nivel de miedo.
Un ensayo clínico demostró la eficacia de este tratamiento inmersivo, que produjo reducciones significativas de la fobia en situaciones reales de altura. Los beneficios se experimentaron con tan solo cuatro horas de entrenamiento en casa. Este descubrimiento demuestra cómo la combinación de conocimientos neurocientíficos con las tecnologías actuales puede mejorar clínicamente la calidad de vida de las personas de forma accesible.
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Un debate basado en evidencia sobre si actividades como los crucigramas y el sudoku mejoran significativamente la salud del cerebro, aclarando qué apoyan, qué no y por qué a menudo se malinterpretan sus beneficios.
Vea estos excelentes conocimientos sobre el papel de la neurociencia en el rendimiento deportivo.
Conozca la extraordinaria neuroplasticidad de su cerebro.
NeuroTracker es uno de los sistemas de entrenamiento cognitivo más investigados, utilizado en deportes de élite, ámbitos militares y de rendimiento humano a nivel mundial. Basado en 20 años de investigación en neurociencia.
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