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Aunque la investigación en neurociencia ha florecido durante la última década, 2022 resultó ser un año excepcional con algunos de los mayores avances en neurociencia en años. Aquí hay 7 descubrimientos que muestran el potencial de la neurociencia para transformar nuestras vidas e incluso nuestras definiciones de la vida misma.
Estas firmas de EEG al estilo de los latidos del corazón son la primera evidencia indirecta de que el cerebro humano utiliza computación cuántica. Los potenciales evocados del EEG se detectaron mediante una técnica de resonancia magnética específica diseñada para buscar espines entrelazados en el cerebro humano.
Actualmente sólo se pueden explicar como espines de protones nucleares en el cerebro que están entrelazados cuánticamente. El físico principal del hallazgo resumió:
"𝙒𝙚 𝙖𝙙𝙖𝙥𝙩𝙚𝙙 𝙖𝙣 𝙞𝙙𝙚𝙖, 𝙙𝙚𝙫𝙚𝙡𝙤𝙥𝙚𝙙 𝙛𝙤𝙧 𝙚𝙭𝙥𝙚𝙧𝙞𝙢𝙚𝙣𝙩𝙨 𝙩𝙤 𝙥𝙧𝙤𝙫𝙚 𝙩𝙝𝙚 𝙚𝙭𝙞𝙨𝙩𝙚𝙣𝙘𝙚 𝙚𝙭𝙞𝙨𝙩𝙚𝙣𝙘𝙚 𝙤𝙛 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙜𝙧𝙖𝙫𝙞𝙩𝙮, 𝙬𝙝𝙚𝙧𝙚𝙗𝙮 𝙮𝙤𝙪 𝙩𝙖𝙠𝙚 𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢𝙨, 𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝 𝙞𝙣𝙩𝙚𝙧𝙖𝙘𝙩 𝙬𝙞𝙩𝙝 𝙖𝙣 𝙪𝙣𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢. 𝙄𝙛 𝙩𝙝𝙚 𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢𝙨 𝙚𝙣𝙩𝙖𝙣𝙜𝙡𝙚, 𝙩𝙝𝙚𝙣 𝙩𝙝𝙚 𝙪𝙣𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙢𝙪𝙨𝙩 𝙢𝙪𝙨𝙩 𝙖 𝙖 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢.
En este caso el sistema conocido era el agua cerebral (líquido cerebral) y el sistema desconocido era el cerebro.
Además, los niveles de entrelazamiento se correlacionan con el rendimiento de la memoria a corto plazo y la conciencia, por lo que es probable que formen una parte importante de nuestras funciones cognitivas de orden superior.
Los procesos cuánticos están bien establecidos en la biología no humana. Por ejemplo, sin los túneles cuánticos, la fotosíntesis y, en consecuencia, la mayor parte de la vida en la Tierra, podrían no haber existido.
Este estudio tampoco es la primera evidencia de la biología cuántica humana.
Los criptocromos encontrados en el ojo de pájaro que aprovechan el entrelazamiento cuántico en estado triplete se han establecido como un mecanismo que les permite leer el campo magnético de la Tierra como un mapa. Los ojos humanos también poseen criptocromos, pero en algún momento de nuestra evolución se desactivaron.
Los hallazgos de este estudio podrían marcar el comienzo de un cambio de paradigma en la neurociencia, así como revelar formas claves de evolucionar la computación cuántica basada en máquinas y la inteligencia artificial general.
Estudio: Indicaciones experimentales de funciones cerebrales no clásicas , Christian Matthias Kerskens y David López Pérez.
Por primera vez en la historia, los animales pueden estar adquiriendo algunos aspectos de la inteligencia humana a través de trasplantes de cerebro integradores.
Los organoides (o asmbloides ) son grupos funcionales de neuronas cultivadas in vitro, generalmente a partir de células madre de la piel. Estas formaciones cerebrales vivas relativamente complejas, que pueden ser animales o humanas, se utilizan para estudiar la mecánica neuronal en el laboratorio, fuera de un cerebro real.
Sin embargo, su valor de investigación está bastante limitado por el tamaño y la complejidad que pueden alcanzar. Para superar este problema, un nuevo enfoque publicado en Nature ha trasplantado organoides de la corteza humana en cerebros de ratas vivas (en la imagen de arriba).
Seis meses después de la integración, las neuronas humanas alcanzaron un nuevo orden de maduración, creciendo seis veces más de lo que era posible in vitro. Su actividad emulaba mejor algunos de los comportamientos más sofisticados encontrados cuando se observan en cerebros humanos.
En un experimento de seguimiento, los investigadores activaron específicamente las neuronas humanas genéticamente alteradas mediante optogenética y pudieron influir con éxito en la frecuencia con la que las ratas buscaban una recompensa.
Aunque fascinante, este nuevo dominio de la investigación biológica, e incluso de la biología misma, puede estar plagado de complicaciones éticas, incluida la forma de clasificar un organismo híbrido de este tipo.
Estudio: Maduración e integración de circuitos de organoides corticales humanos trasplantados , Omer Revah et al.Stu
Este vídeo es más de lo que parece: en realidad es la primera hibridación exitosa de neuronas biológicas y chips de silicio que aprenden a jugar un juego simulado.
Como acabamos de ver, los organoides son actualmente uno de los dominios de la ciencia que evoluciona más rápidamente. Esta investigación va en una dirección diferente, pero igualmente alucinante, al sintetizar una mezcla de organoides humanos y roedores con chips de computadora.
El objetivo, denominado "inteligencia biológica sintética" (SBI), es fusionar sinérgicamente estas formas de inteligencia que alguna vez fueron divergentes.
En particular, los investigadores intentaron aprovechar el poder de la complejidad de tercer orden que se encuentra en los organoides, algo que nunca se había logrado en la informática tradicional. Y además, lograr la definición formal de sintiencia en culturas neuronales, demostrando efectivamente el aprendizaje por retroalimentación sensorial.
En este estudio, los organoides in vitro se integraron con computación "in silico" mediante una matriz multielectrodo de alta densidad. Utilizando retroalimentación estructurada de circuito cerrado mediante estimulación electrofisiológica, el experimento denominado "BrainDish" se integró en una simulación del icónico juego de computadora Pong.
La capacidad de las neuronas en conjuntos para responder adaptativamente a estímulos externos es la base de todo aprendizaje animal. Aunque este experimento inicial es una simulación muy básica, ha demostrado un comportamiento inteligente y sensible en un mundo de juego simulado a través de un comportamiento dirigido a objetivos.
Este enfoque proporciona una nueva vía de investigación prometedora para respaldar o desafiar las teorías que explican cómo interactúa el cerebro con el mundo y para estudiar la inteligencia en general.
Estudio: Las neuronas in vitro aprenden y exhiben sensibilidad cuando están incorporadas en un mundo de juego simulado , Brett J. Kagan et al.
Los investigadores han hecho un descubrimiento potencialmente innovador para la salud humana en 2022. Los músculos son la masa magra más grande de nuestro cuerpo, sin embargo, en términos del metabolismo oxidativo de todo el cuerpo, solo queman el 15% de la glucosa en reposo. Esto está asociado con los riesgos para la salud de estar demasiado tiempo sentado .
El sóleo es un músculo menor de la pantorrilla que pesa apenas un kilo, sin embargo tiene incorporado un mecanismo especial, desconocido hasta ahora. Un nuevo estudio de la Universidad de Houston demostró que cuando este músculo específico se activa con precisión, el metabolismo de la glucosa en todo el cuerpo aumenta drásticamente entre un 30 y un 45 %. Esto ocurre con un gasto de energía insignificante al contraer el sóleo.
El ejercicio es un simple levantamiento repetitivo del talón mientras se mantiene la punta del pie en el suelo, lo que se puede realizar sentado en el suelo o en una silla. Se le ha denominado " flexión de sóleo ", y provoca el uso de una mezcla de combustible no descubierta hasta ahora.
Curiosamente, este tipo de contracción del sóleo se desactiva al caminar o correr. En consecuencia, también se evaluó el gasto energético de los músculos de las extremidades inferiores en una cinta rodante.
Sorprendentemente, la flexión de sóleo quemó más del doble de oxígeno que correr y diez veces más que caminar. Los efectos se observaron en adultos de entre 22 y 82 años.
La conclusión es que la regulación metabólica sistémica se puede mejorar enormemente activando un músculo menor de la pantorrilla. Los resultados de esta investigación revelan una forma práctica y ampliamente accesible de contrarrestar los importantes riesgos para la salud que supone estar sentado durante mucho tiempo, incluso para las personas que hacen ejercicio con regularidad.
Estudio: Un potente método fisiológico para magnificar y mantener el metabolismo oxidativo del sóleo mejora la regulación de la glucosa y los lípidos , Marc T. Hamiliton, et al.
Un nuevo descubrimiento accidental publicado en Nature reveló una nueva característica importante de la neuroplasticidad en el cerebro de los mamíferos adultos.
Un equipo de neurocientíficos del MTI estaba estudiando cerebros de ratones para mostrar cómo las dendritas neuronales procesan las entradas sinápticas de diferentes maneras, dependiendo de su ubicación. Como esto requiere técnicas de muy alta resolución, descubrieron una gran cantidad de sinapsis silenciosas , conocidas como filopodios , en las puntas de las dendritas.
El investigador principal comentó:
“𝙏𝙝𝙚 𝙛𝙞𝙧𝙨𝙩 𝙩𝙝𝙞𝙣𝙜 𝙬𝙚 𝙨𝙖𝙬, 𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝 𝙬𝙖𝙨 𝙨𝙪 𝙥𝙚𝙧 𝙗𝙞𝙯𝙖𝙧𝙧𝙚 𝙖𝙣𝙙 𝙬𝙚 𝙙𝙞𝙙𝙣'𝙩 𝙚𝙭𝙥𝙚𝙘𝙩, 𝙩𝙝𝙖𝙩 𝙩𝙝𝙚𝙧𝙚 𝙬𝙚𝙧𝙚 𝙛𝙞𝙡𝙤𝙥𝙤𝙙𝙞𝙖 𝙚𝙫𝙚𝙧𝙮𝙬𝙝𝙚 𝙧𝙚.”
Las sinapsis son los mecanismos neuronales que permiten que el cerebro se conecte de manera flexible en configuraciones casi infinitas. Sin embargo, las sinapsis que ya están funcionalmente conectadas requieren un alto umbral de estimulación para poder desacoplarse y reconectarse.
Las sinapsis silenciosas tienen un umbral muy bajo y están esencialmente listas para conectarse con otras neuronas. Aunque anteriormente se creía que los filopodios sólo existían en cerebros muy jóvenes. Esto dejó muchas preguntas sobre los mecanismos de cómo los cerebros adultos todavía son capaces de alcanzar altos niveles de neuroplasticidad.
También se descubrió que los filopodios adultos son muy sensibles a la plasticidad hebbiana , donde una neurona puede influir directamente en la plasticidad sináptica de otra.
El hallazgo ofrece una nueva comprensión de cómo este nuevo mecanismo puede impulsar la conectividad funcional, permitiendo un control flexible del cableado sináptico que amplía las capacidades de aprendizaje del cerebro maduro.
También ofrece una explicación de cómo se pueden formar nuevos recuerdos.
"𝙏𝙝𝙚𝙨𝙚 𝙨𝙞𝙡𝙚𝙣𝙩 𝙨𝙮𝙣𝙖𝙥𝙨𝙚𝙨 𝙖𝙧𝙚 𝙡𝙤𝙤𝙠𝙞𝙣𝙜 𝙛𝙤𝙧 𝙣𝙚𝙬 𝙘𝙤𝙣𝙣𝙚𝙘𝙩𝙞𝙤𝙣𝙨, 𝙖𝙣𝙙 𝙬𝙝𝙚𝙣 𝙞𝙢𝙥𝙤𝙧𝙩𝙖𝙣𝙩 𝙣𝙚𝙬 𝙞𝙣𝙛𝙤𝙧𝙢𝙖𝙩𝙞𝙤𝙣 𝙞𝙨 𝙥𝙧𝙚𝙨𝙚𝙣𝙩𝙚𝙙, 𝙘𝙤𝙣𝙣𝙚𝙘𝙩𝙞𝙤𝙣𝙨 𝙗𝙚𝙩𝙬𝙚𝙚𝙣 𝙩𝙝𝙚 𝙧𝙚𝙡𝙚𝙫𝙖𝙣𝙩 𝙣𝙚𝙪𝙧𝙤𝙣𝙨 𝙖𝙧𝙚 𝙨𝙩𝙧𝙚𝙣𝙜𝙩𝙝𝙚𝙣𝙚𝙙. 𝙏𝙝𝙞𝙨 𝙡𝙚𝙩𝙨 𝙩𝙝𝙚 𝙗𝙧𝙖𝙞𝙣 𝙘𝙧𝙚𝙖𝙩𝙚 𝙣𝙚𝙬 𝙢𝙚𝙢𝙤 𝙧𝙞𝙚𝙨 𝙬𝙞𝙩𝙝𝙤𝙪𝙩 𝙤𝙫𝙚𝙧𝙬𝙧𝙞𝙩𝙞𝙣𝙜 𝙩𝙝𝙚 𝙩𝙖𝙣𝙩 𝙢𝙚𝙢𝙤𝙧𝙞𝙚𝙨 𝙨𝙩𝙤𝙧𝙚𝙙 𝙞𝙣 𝙢𝙖𝙩𝙪𝙧𝙚 𝙨𝙮𝙣 "
Una conclusión clave de esta investigación es que nuestros cerebros están preparados neuroanotómicamente de una manera que les permite permanecer altamente adaptables durante la edad adulta, potencialmente listos para experimentar un cambio transformador.
Estudio: Los filopodios son un sustrato estructural para las sinapsis silenciosas en la neocorteza adulta , Dimitra Vardalaki, Kwanghun Chung y Mark T. Harnett
La estimulación transcraneal de corriente continua (tDCS) implica la aplicación de una estimulación eléctrica débil al cuero cabelludo para aumentar potencialmente la actividad cerebral, también conocido menos científicamente como "zapping cerebral". Ha existido por un tiempo; por ejemplo, DARPA lo investigó hace aproximadamente una década. La mayor parte de la investigación se centró en poblaciones sanas o de alto rendimiento, pero surgió poca evidencia convincente.
Un estudio recién publicado sugiere que los beneficios de este método en realidad pueden ser específicos de las personas mayores con problemas de memoria.
Los investigadores evaluaron los efectos del entrenamiento de la memoria como una evaluación compuesta general de la capacidad de la memoria de trabajo, comparando a adultos mayores con adultos mayores con problemas de memoria.
Descubrieron que, mientras que todos los individuos mejoraron su rendimiento durante el entrenamiento, la tDCS con entrenamiento de la memoria de trabajo benefició selectivamente a las personas mayores (OO) con menor capacidad de memoria de trabajo.
Curiosamente, también encontraron que el rendimiento con la estimulación tDCS era peor en los adultos mayores más jóvenes, quienes en realidad mostraron puntuaciones de memoria de trabajo significativamente más altas con la estimulación simulada.
Se necesita más investigación, pero esta puede ser una evidencia poco común de que los beneficios de la neuroestimulación o la neuromodulación pueden ser altamente neurológicamente específicos.
Además, una técnica de estimulación eléctrica similar llamada estimulación transcraneal de corriente alterna (tACS), que utiliza corrientes eléctricas de CA de bajo nivel para desencadenar una mayor actividad cerebral, demostró por primera vez que puede desencadenar cambios significativos en la cognición.
En un estudio publicado en Nature, 150 personas de entre 65 y 88 años llevaron a cabo una tarea de recuerdo de una lista de palabras que duró 20 minutos mientras les realizaban un electroshock en el cerebro. Esto se repitió durante 4 días.
A diferencia de la estimulación simulada, los resultados mostraron que el rendimiento de la memoria mejoró durante los cuatro días y que estas ganancias persistieron incluso un mes después.
Quizás lo más convincente sea que cuando se estimularon las regiones de la corteza prefrontal asociadas con la memoria a largo plazo, el rendimiento mejoró al recordar las palabras al comienzo de la lista. Cuando se enfocaron en las regiones del lóbulo parietal involucradas con la memoria de trabajo, se mejoró el recuerdo de las palabras cercanas al final de la lista.
Los resultados son mucho más convincentes que otros estudios en este ámbito. Esto puede deberse a que el zapping se realizó durante varios días en lugar de una sola sesión. De cualquier manera, ahora parece que tACS puede desempeñar un papel positivo para mejorar las funciones cerebrales.
Estudio 1: Los adultos mayores con menor capacidad de memoria de trabajo se benefician de la estimulación transcraneal de corriente directa cuando se combina con el entrenamiento de la memoria de trabajo , Sara As secondi et al.
Estudio 2: Mejora disociable y duradera en la memoria de trabajo y la memoria a largo plazo en adultos mayores con neuromodulación repetitiva , Shey Grover, et al.
Aunque ha habido mucho debate científico sobre la eficacia de las aplicaciones de entrenamiento cerebral, una nueva investigación demostró firmemente que una intervención de entrenamiento cognitivo de 4 semanas puede mejorar significativamente la mentalidad de crecimiento en niños de 7 a 10 años.
La mentalidad de crecimiento se basa en la creencia de que la inteligencia de uno puede cambiar con un esfuerzo asociado con: -
- mayor deseo de aprender
- opiniones positivas del esfuerzo
- disposición para asumir desafíos
Además de utilizar evaluaciones previas y posteriores de la mentalidad de crecimiento, se realizaron exploraciones detalladas de resonancia magnética funcional antes y después del entrenamiento. Además de la transferencia directa en las evaluaciones, las exploraciones revelaron cambios neurológicos positivos en múltiples regiones del cerebro cruciales para el control cognitivo, la motivación y la memoria.
La plasticidad de los circuitos corticoestriatales surgió como un fuerte predictor de qué niños experimentaron los mayores beneficios del entrenamiento.
Las medidas de mentalidad de crecimiento antes de la capacitación también se asociaron con mayores habilidades matemáticas posteriores a la capacitación, lo que sugiere que niveles más altos de mentalidad de crecimiento condujeron a un mejor desempeño en matemáticas con la capacitación. Sin embargo, curiosamente, los niños con menores habilidades matemáticas antes de la capacitación muestran mayores avances en la mentalidad de crecimiento en respuesta a la capacitación.
Como las influencias positivas sobre la mentalidad de crecimiento a una edad temprana pueden influir enormemente en la trayectoria de desarrollo de un niño, los resultados muestran que las intervenciones de entrenamiento cognitivo tienen el potencial de mejorar los resultados generales de la vida.
Estudio: El entrenamiento cognitivo mejora la mentalidad de crecimiento en los niños a través de la plasticidad de los circuitos corticoestriatales , Lang Chen, et al.
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