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Si bien 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 presentamos 7 descubrimientos que demuestran el potencial de la neurociencia para transformar nuestras vidas e incluso nuestra propia definición de la vida.
Estas señales electroencefalográficas similares a latidos cardíacos constituyen la primera evidencia indirecta de que el cerebro humano utiliza la computación cuántica. Los potenciales evocados del EEG se detectaron mediante una técnica específica de resonancia magnética diseñada para buscar espines entrelazados en cerebros humanos.
Actualmente, solo se pueden explicar como espines nucleares de protones en el cerebro que están entrelazados cuánticamente. El físico principal del hallazgo resumió:
"En serio, estoy muy emocionado por verte de nuevo en casa. 𝙎𝙤 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙜𝙧𝙖𝙫𝙞𝙩𝙮, 𝙖𝙧𝙚𝙗𝙮 𝙮𝙤𝙪 𝙩𝙖𝙠𝙚 𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢𝙨, 𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝 𝙎𝙪 𝙚𝙧𝙖 𝙚𝙨𝙩𝙖𝙙𝙤 𝙚𝙣 𝙪𝙣𝙠𝙣𝙤𝙬𝙤 𝙨𝙚𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢𝙤. 𝙚𝙣 𝙚𝙣𝙩𝙖𝙣𝙜𝙞𝙤 𝙚𝙣𝙩𝙖𝙣𝙜𝙞𝙤, 𝙚𝙣𝙩𝙖𝙙𝙤 '' 𝙎𝙪 𝙚𝙨𝙩𝙖 𝙚𝙨𝙩𝙖 𝙖𝙡 𝙖𝙨𝙩𝙖𝙙𝙤 𝙚𝙨 𝙖𝙨𝙩𝙖𝙙, 𝙖𝙡.''
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 el efecto túnel cuántico, 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 presentes en los ojos de las aves, que aprovechan el entrelazamiento cuántico de estado triplete, les permiten interpretar el campo magnético terrestre como si fuera 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 clave para 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 podrían estar adquiriendo algunos aspectos de la inteligencia humana mediante trasplantes cerebrales integrativos.
Los organoides (o ensambleides) 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 investigativo 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 corteza humana a cerebros de ratas vivas (en la imagen superior).
Seis meses después de la integración, las neuronas humanas alcanzaron un nuevo nivel de maduración, creciendo seis veces más de lo que era posible in vitro. Su actividad emuló mejor algunos de los comportamientos más sofisticados observados en cerebros humanos.
En un experimento de seguimiento, los investigadores activaron específicamente las neuronas humanas genéticamente alteradas usando optogenéticay lograron 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, incluyendo incluso la forma de clasificar un organismo híbrido de ese 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: es en realidad la primera hibridación exitosa de neuronas biológicas y chips de silicio aprendiendo a jugar un juego simulado.
Como acabamos de ver, los organoides son actualmente uno de los campos científicos de más rápida evolución. Esta investigación avanza en una dirección diferente, pero igualmente asombrosa, al sintetizar una mezcla de organoides humanos y roedores con chips informáticos.
El objetivo, denominado "inteligencia biológica sintética" (SBI), es fusionar sinérgicamente estas formas de inteligencia que antes eran divergentes.
En particular, los investigadores buscaron aprovechar el potencial de la complejidad de tercer orden presente en los organoides, algo nunca antes alcanzado en la computación tradicional. Además, lograr la definición formal de sintiencia en cultivos neuronales, demostrando eficazmente 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. Mediante retroalimentación estructurada de bucle cerrado mediante estimulación electrofisiológica, el experimento denominado «BrainDish» se integró en una simulación del icónico videojuego 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 consciente en un mundo de juego simulado mediante un comportamiento dirigido a objetivos.
Este enfoque ofrece una nueva vía de investigación prometedora para apoyar 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 encarnadas en un mundo de juego simulado, Brett J. Kagan et al.
En 2022, investigadores realizaron un descubrimiento potencialmente revolucionario para la salud humana. Los músculos constituyen la mayor masa magra de nuestro cuerpo; sin embargo, en términos del metabolismo oxidativo corporal total, solo queman el 15 % de la glucosa en reposo. Esto se asocia con los riesgos para la salud que conlleva pasar demasiado tiempo sentado.
El sóleo es un músculo pequeño de la pantorrilla que pesa tan solo un kilo. Sin embargo, posee un mecanismo innato 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 energético insignificante al contraer el sóleo.
El ejercicio consiste en levantar el talón repetidamente manteniendo la punta del pie en el suelo, y puede realizarse sentado en el suelo o en una silla. Se le conoce como la "flexión de sóleo", ya que activa una combinación de factores que hasta ahora se desconocía.
Curiosamente, este tipo de contracción del sóleo se desactiva al caminar o correr. Por consiguiente, también se evaluó el gasto energético muscular de las extremidades inferiores en una cinta de correr.
Sorprendentemente, las flexiones con el sóleo consumieron 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 puede mejorarse considerablemente activando un músculo menor de la pantorrilla. Estos hallazgos de investigación revelan una forma ampliamente accesible y práctica de contrarrestar los importantes riesgos para la salud que conlleva estar sentado durante períodos prolongados, incluso para quienes hacen ejercicio con regularidad.
Estudio: Un potente método fisiológico para magnificar y sostener 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 los cerebros de mamíferos adultos.
Un equipo de neurocientíficos del MTI estudiaba cerebros de ratones para demostrar cómo las dendritas neuronales procesaban las entradas sinápticas de diferentes maneras, según su ubicación. Dado que esto requiere técnicas de muy alta resolución, descubrieron casualmente una gran cantidad de sinapsis microscópicas silenciosas, conocidas como filopodios, en las puntas de las dendritas.
El investigador principal comentó:
“Envíame un mensaje, pero si me das tu opinión, no dudes en ponerte en contacto conmigo. “El amor es lo primero que hacemos”
Las sinapsis son los mecanismos neuronales que permiten al cerebro conectarse de forma flexible en configuraciones casi infinitas. Sin embargo, las sinapsis ya funcionalmente conectadas requieren un alto umbral de estimulación para desacoplarse y reconectarse.
Las sinapsis silenciosas tienen un umbral muy bajo y están prácticamente listas para conectarse con otras neuronas. Si bien antes se creía que los filopodios solo existían en cerebros muy jóvenes, esto planteó muchas preguntas sobre los mecanismos que explican por qué los cerebros adultos aún son capaces de alcanzar altos niveles de neuroplasticidad.
También se descubrió que los filopodios adultos eran muy sensibles a la plasticidad hebbiana, donde una neurona puede influir directamente en la plasticidad sináptica de otra.
El hallazgo ofrece una nueva comprensión sobre cómo la conectividad funcional puede ser impulsada por este nuevo mecanismo, 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.
“El amor es lo que más nos importa, 𝙎𝙪 𝙚𝙨𝙩𝙖𝙣𝙙𝙤 𝙚𝙨 𝙥𝙧𝙚𝙨𝙚𝙣𝙩𝙚𝙙, 𝙚𝙨𝙩𝙖𝙙𝙤 𝙗𝙚𝙩𝙬𝙚𝙚𝙣𝙤 𝙎𝙤 𝙣𝙚𝙪𝙧𝙤𝙣𝙨 𝙖𝙧𝙚 𝙨𝙩𝙧𝙚𝙣𝙜𝙞𝙤𝙨. 𝙚𝙨𝙩𝙖 𝙡𝙚𝙩𝙨 𝙩𝙖𝙙𝙤 𝙗𝙧𝙖𝙞𝙣𝙚𝙣𝙤 𝙿𝚊𝚛𝚊 𝚍𝚎 𝚌𝚘𝚗𝚝𝚎𝚛𝚊𝚍𝚘 𝚍𝚎 𝚕𝚘𝚜 𝚚𝚞𝚎 𝚟𝚒𝚍𝚊𝚍𝚘 𝚍𝚎 𝚕𝚘𝚜 𝚚𝚞𝚎 𝚟𝚒𝚍𝚊𝚍𝚘 “Aquí está, aquí está el resto de mi vida.”
Una conclusión clave de esta investigación es que nuestros cerebros están preparados neuroanatómicamente de una manera que les permite seguir siendo altamente adaptables durante toda la edad adulta, potencialmente listos para experimentar cambios transformadores.
Estudio: Los filopodios son un sustrato estructural para las sinapsis silentes en la neocorteza adulta, Dimitra Vardalaki, Kwanghun Chung y Mark T. Harnett
La estimulación transcraneal con corriente continua (ETCC) consiste en aplicar una estimulación eléctrica débil en el cuero cabelludo para aumentar potencialmente la actividad cerebral, también conocida, de forma menos científica, como "estimulación cerebral". Esta técnica lleva tiempo en uso; por ejemplo, DARPA la investigó hace aproximadamente una década. La mayor parte de la investigación se centró en poblaciones sanas o de alto rendimiento, pero se obtuvieron pocas pruebas concluyentes.
Un estudio recién publicado sugiere que los beneficios de este método podrían ser específicos para 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 memoria de trabajo, comparando adultos mayores con adultos mayores con problemas de memoria.
Descubrieron que, mientras que todos los individuos mejoraron su desempeño durante el entrenamiento, la tDCS con entrenamiento de memoria de trabajo benefició selectivamente a los individuos mayores (OO) con menor capacidad de memoria de trabajo.
Curiosamente, también descubrieron que el rendimiento con estimulación tDCS era peor en los adultos mayores más jóvenes, quienes en realidad mostraron puntuaciones de memoria de trabajo significativamente más altas con estimulación simulada.
Se necesita más investigación, pero esta puede ser una evidencia poco común de que los beneficios de la neuroestimulación o la neuromodulación puedan ser altamente específicos desde el punto de vista neurológico.
Además, una técnica de estimulación eléctrica similar llamada estimulación transcraneal con 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 realizaron una tarea de memorización de listas de palabras durante 20 minutos mientras se les aplicaba una descarga cerebral. 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 de forma más convincente, al estimular las regiones de la corteza prefrontal asociadas con la memoria a largo plazo, el rendimiento mejoró al recordar las palabras al principio de la lista. Al estimular las regiones del lóbulo parietal relacionadas con la memoria de trabajo, se mejoró el recuerdo de las palabras cerca del final de la lista.
Los resultados son mucho más convincentes que los de otros estudios en este ámbito. Esto podría deberse a que el zapping se realizó durante varios días en lugar de una sola sesión. En cualquier caso, ahora parece que la tACS puede desempeñar un papel positivo en la mejora de 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 Assecondi et al.
Estudio 2: Mejora duradera y disociable de la memoria de trabajo y la memoria a largo plazo en adultos mayores con neuromodulación repetitiva, Shey Grover, et al.
Si bien ha habido mucho debate científico sobre la eficacia de las aplicaciones del entrenamiento cerebral, una nueva investigación demostró de manera sólida 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 el esfuerzo asociado con:
- mayor deseo de aprender
- visiones positivas del esfuerzo
- voluntad de asumir retos
Además de realizar 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 cerebrales cruciales para el control cognitivo, la motivación y la memoria.
La plasticidad del circuito corticoestriatal surgió como un fuerte predictor de qué niños experimentaron mayores beneficios del entrenamiento.
Las medidas de mentalidad de crecimiento antes del entrenamiento también se asociaron con mayores habilidades matemáticas posteriores al entrenamiento, lo que sugiere que mayores niveles de mentalidad de crecimiento condujeron a un mejor rendimiento matemático con el entrenamiento. Sin embargo, curiosamente, los niños con menores habilidades matemáticas antes del entrenamiento muestran mayores mejoras en su mentalidad de crecimiento tras el entrenamiento.
Dado que las influencias positivas en 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 cortico-estriatales, Lang Chen, et al.
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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.
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