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La neurociencia no es sólo uno de los campos de la ciencia que avanza más rápidamente, sino también uno de los más diversos. En 2023 se aceleró la investigación en muchas y fascinantes disciplinas de un amplio espectro. A continuación se presentan algunos avances destacados que prometen dar forma a nuestra comprensión del cerebro humano y del mundo con el que lo utilizamos para interactuar.
Tradicionalmente pensamos que la actividad eléctrica del cerebro va en sentido descendente de las neuronas que la producen mediante señales. Sin embargo, un nuevo artículo de John Hopkins y neurocientíficos del MIT propone una teoría de que estas señales eléctricas en realidad pueden reestructurar el cerebro hasta el nivel subcelular.
La teoría, denominada "acoplamiento citoeléctrico", propone que los campos eléctricos del cerebro, creados por la actividad de la red neuronal, pueden influir en la configuración física de los componentes subcelulares de las neuronas para optimizar la estabilidad y eficiencia de la red.
Esto se basa en estudios anteriores que demostraron cómo la actividad eléctrica rítmica u "ondas cerebrales" en las redes neuronales y la influencia de los campos eléctricos a nivel molecular pueden coordinar y ajustar las funciones del cerebro.
Este tipo de neuroplasticidad inducida eléctricamente a nivel de microtúbulos y molecular proporciona otra vía para comprender por qué la cognición humana es tan increíblemente flexible.
Los mecanismos descritos para lograr esto incluyen electrodifusión, mecanotransducción e intercambios entre energía eléctrica, potencial y química.
Como resumió el investigador principal,“𝘼𝙨 𝙩𝙝𝙚 𝙗𝙧𝙖𝙞𝙣 𝙖𝙙𝙖𝙥𝙩𝙨 𝙩𝙤 𝙖 𝙘𝙝𝙖𝙣𝙜𝙞𝙣𝙜 𝙬𝙤𝙧𝙡𝙙, 𝙞𝙩𝙨 𝙥𝙧𝙤𝙩𝙚𝙞𝙣𝙨 𝙖𝙣𝙙 𝙢𝙤𝙡𝙚𝙘𝙪𝙡𝙚𝙨 𝙘 𝙝𝙖𝙣𝙜𝙚 𝙩𝙤𝙤. 𝙏𝙝𝙚𝙮 𝙘𝙖𝙣 𝙝𝙖𝙫𝙚 𝙚𝙡𝙚𝙘𝙩𝙧𝙞𝙘 𝙘𝙝𝙖𝙧𝙜𝙚𝙨 𝙖𝙣𝙙 𝙣𝙚𝙚𝙙 𝙩𝙤 𝙘𝙖𝙩𝙘𝙝 𝙪𝙥 𝙬𝙞𝙩𝙝 𝙣𝙚𝙪𝙧𝙤𝙣𝙨 𝙩𝙝𝙖𝙩 𝙥 𝙧𝙤𝙘𝙚𝙨𝙨, 𝙨𝙩𝙤𝙧𝙚, 𝙖𝙣𝙙 𝙩𝙧𝙖𝙣𝙨𝙢𝙞𝙩 𝙞𝙣𝙛𝙤𝙧𝙢𝙖 𝙩𝙞𝙤𝙣 𝙪𝙨𝙞𝙣𝙜 𝙚𝙡𝙚𝙘𝙩𝙧𝙞𝙘 𝙨𝙞𝙜𝙣𝙖𝙡𝙨. 𝙄𝙣𝙩𝙚𝙧𝙖𝙘𝙩𝙞𝙣𝙜 𝙬𝙞𝙩𝙝 𝙩𝙝𝙚 𝙣𝙚𝙪𝙧𝙤𝙣𝙨' 𝙚𝙡𝙚𝙘 "
A principios de este año se descubrió que el entrelazamiento cuántico está relacionado con la cognición de orden superior, y parece que este tipo de nuevos paradigmas que miran más allá del nivel de las neuronas pueden ser clave para hacer avanzar la neurociencia al siguiente nivel.
𝗖𝘆𝘁𝗼𝗲𝗹𝗲𝗰𝘁𝗿𝗶𝗰 𝗰𝗼𝘂𝗽𝗹𝗶𝗻𝗴: 𝗘𝗹𝗲𝗰𝘁𝗿𝗶𝗰 𝗳𝗶𝗲𝗹𝗱𝘀 𝘀𝗰𝘂𝗹𝗽𝘁 𝗻𝗲𝘂𝗿𝗮𝗹 𝗮𝗰𝘁𝗶𝘃𝗶𝘁𝘆 𝗮𝗻𝗱 “𝘁𝘂𝗻𝗲” 𝘁𝗵𝗲 𝗯𝗿𝗮𝗶𝗻'𝘀 𝗶𝗻𝗳𝗿𝗮𝘀𝘁𝗿𝘂𝗰𝘁𝘂𝗿𝗲
Un artículo publicado en Nature Nanotechnology sugiere un nuevo paradigma de tratamiento de la salud mediante la manipulación de túneles biológicos cuánticos en las células cerebrales para tratar el cáncer de glioblastoma.
Los investigadores desarrollaron su técnica basándose en evidencia previa de que los eventos de la mecánica cuántica desempeñan un papel crucial en procesos biológicos específicos que subyacen al funcionamiento de los organismos. El método consiste en aplicar nanoelectrodos bipolares de oro (denominados bionanoantenas) rociados sobre una sección de tratamiento quirúrgico.
Luego se aplica un campo eléctrico preciso que apunta y estimula específicamente los campos eléctricos de las células tumorales individuales. Esto hace que se transfiera un solo electrón mediante la manipulación del túnel de electrones, lo que altera el estado proteico de la célula, un fenómeno conocido como transferencia biológica cuántica de electrones (QBET).
Esto, a su vez, indica a las células cancerosas que activen la muerte celular programada (apoptosis). Las células cerebrales normales son insensibles a la estimulación eléctrica, mientras que las células tumorales son extra sensibles (lo que, según los investigadores, se debe a la expresión alterada de sus vías genéticas).
Efectivamente, esto representa una herramienta inalámbrica de comunicación eléctrico-molecular que facilita la destrucción de células cancerosas. El enfoque es mínimamente invasivo en comparación con la cirugía tradicional y puede usarse cuando la cirugía no es una opción debido a que las células tumorales proliferan demasiado entre las células sanas.
Los investigadores proponen que distintos aspectos de las frecuencias eléctricas y el voltaje de la estimulación permitirán atacar diferentes tipos de células cancerosas.
Si bien el método de administración de bionanoantenas para facilitar la estimulación eléctrica puede tener algunas limitaciones, esta investigación parece ser la primera demostración de una terapia médica cuántica que aprovecha los cambios en la biología de las células a nivel cuántico.
Aunque todavía puede ser temprano, el autor del estudio, Frankie Rawson, resumió la importancia más amplia de los hallazgos.
"𝑨𝒔 𝒕𝒉𝒆 𝒇𝒊𝒓𝒔𝒕-𝒆𝒗𝒆𝒓 𝒑𝒐𝒔𝒔𝒊𝒃𝒍𝒆 𝒄𝒂𝒏𝒄𝒆𝒓 𝒕𝒓𝒆𝒂𝒕𝒎𝒆𝒏𝒕 𝒕𝒐 𝒉𝒂𝒓𝒏𝒆𝒔𝒔 𝒒𝒖𝒂𝒏𝒕𝒖𝒎 𝒎𝒆𝒄𝒉𝒂𝒏𝒊𝒄𝒂𝒍 𝒆𝒇𝒇𝒆𝒄𝒕𝒔, 𝒕𝒉𝒊𝒔 𝒎𝒂𝒚 𝒓𝒆𝒑𝒓𝒆𝒔𝒆𝒏𝒕 𝒕𝒉𝒆 𝒘𝒐𝒓𝒍𝒅'𝒔 𝒇𝒊𝒓𝒔𝒕 𝒒𝒖𝒂𝒏𝒕𝒖𝒎 𝒕𝒉𝒆𝒓𝒂𝒑𝒚, 𝒖𝒔𝒉𝒆𝒓𝒊𝒏𝒈 𝒊𝒏 𝒂 𝒏𝒆𝒘 𝒆𝒓𝒂 𝒐𝒇 𝒕𝒓𝒆𝒂𝒕𝒎𝒆𝒏𝒕 𝒑𝒂𝒓𝒂𝒅𝒊𝒈𝒎𝒔"
𝗪𝗶𝗿𝗲𝗹𝗲𝘀𝘀 𝗲𝗹𝗲𝗰𝘁𝗿𝗶𝗰𝗮𝗹 - 𝗺𝗼𝗹𝗲𝗰𝘂𝗹𝗮𝗿 𝗾𝘂𝗮𝗻𝘁𝘂𝗺 𝘀𝗶𝗴𝗻𝗮𝗹𝗹𝗶𝗻𝗴 𝗳𝗼𝗿 𝗰𝗮𝗻𝗰𝗲𝗿 𝗰𝗲𝗹𝗹 𝗮𝗽𝗼𝗽𝘁𝗼𝘀𝗶𝘀
Un nuevo estudio que explora los beneficios potenciales de la estimulación cognitiva a través del sentido del olfato revela hallazgos prometedores sobre los beneficios funcionales del cerebro en el envejecimiento, ¡mientras se duerme!
El objetivo principal del estudio fue investigar si el enriquecimiento olfativo podría impactar positivamente la función cognitiva en adultos mayores sanos. Los investigadores plantearon la hipótesis de que el acceso único del olfato a regiones del cerebro relacionadas con la memoria podría normalizar circuitos de memoria específicos, beneficiando potencialmente las capacidades cognitivas.
A pesar de exponer a los participantes sólo a una variedad limitada de olores durante las sesiones nocturnas, el estudio arrojó resultados convincentes. Los participantes enriquecidos exhibieron una mejora del 226% en el desempeño en la Prueba de Aprendizaje Verbal Auditivo de Rey (en comparación con un grupo de control), que evalúa el aprendizaje verbal y las habilidades relacionadas con la memoria.
Más específicamente, las exploraciones fRMI pre-post DTI descubrieron modificaciones estructurales en el cerebro, incluidos cambios positivos en la región del fascículo uncinado, que generalmente se deteriora con el envejecimiento y las condiciones neurodegenerativas.
El estudio también reveló que los participantes estimulados por el olfato entre 60 y 72 años experimentaron mejoras cognitivas más pronunciadas que sus homólogos mayores, lo que sugiere que los beneficios en el envejecimiento pueden lograrse mejor de forma proactiva.
La conclusión clave es que puede ser posible mejorar de forma segura y accesible la salud del cerebro y el funcionamiento cognitivo de maneras que sean relevantes para las poblaciones que envejecen, aprovechando la estimulación sensorial pasiva.
La estimulación cerebral profunda ha demostrado ser muy prometedora desde el punto de vista terapéutico, pero las barreras importantes incluyen la naturaleza invasiva de los electrodos implantados, así como su falta de precisión sobre qué neuronas excitan. Se ha publicado un gran avance en Cell Reports, con la ingeniería de hilos nanoelectrónicos de estimulación ultraflexibles (StimNET).
Este nuevo tipo de electrodos es un orden de magnitud más pequeño que los implantes tradicionales y, en consecuencia, mucho más precisos. El artículo muestra evidencia experimental en ratas y ensayos en humanos de primera etapa de que los StimNET poseen varias ventajas clave.
• Electrodo ultraflexible capaz de realizar una estimulación crónica precisa
• Activación neuronal espacialmente selectiva a corrientes ultrabajas
• Detectabilidad conductual estable durante más de 8 meses
• Interfaz tejido-electrodo intacta sin degeneración neuronal
En particular, en lugar de activar grandes grupos de neuronas, los StimNET pueden estimular selectivamente neuronas individuales. Esto es un poco como tener que enviar un mensaje a una persona en una habitación llena de gente y poder hacerlo mediante una llamada telefónica en lugar de un altavoz.
Además de ser muy prometedora para hacer práctica la estimulación cerebral profunda, la precisión selectiva de esta neurotecnología permitirá a los investigadores aprender con mucha más precisión qué tipos de estimulación eléctrica son útiles para afecciones neurológicas específicas.
𝗟𝗼𝘄-𝘁𝗵𝗿𝗲𝘀𝗵𝗼𝗹𝗱, 𝗵𝗶𝗴𝗵-𝗿𝗲𝘀𝗼𝗹𝘂𝘁𝗶𝗼𝗻, 𝘀𝘁𝗮𝗯𝗹𝗲 𝗶𝗻𝘁𝗿𝗮𝗰𝗼𝗿𝘁𝗶𝗰𝗮𝗹 𝗺𝗶𝗰 𝗿𝗼𝘀𝘁𝗶𝗺𝘂𝗹𝗮𝘁𝗶𝗼𝗻 𝗯𝘆 𝘂𝗹𝘁𝗿𝗮𝗳𝗹𝗲𝘅𝗶𝗯𝗹𝗲 𝗲𝗰𝘁𝗿𝗼𝗱𝗲𝘀
En un avance neurocientífico relacionado de 2023, por primera vez la estimulación cerebral profunda ha demostrado efectos prometedores para aliviar los síntomas de la enfermedad de Alzheimer. Para que sea eficaz se requiere una precisión milimétrica en la colocación de los electrodos, y es difícil saber exactamente en qué áreas del cerebro enfocar la estimulación con diferentes enfermedades cerebrales.
Los investigadores afiliados a la Facultad de Medicina de Harvard, especializados en el análisis de imágenes de resonancia magnética del cerebro de alta resolución, combinaron su enfoque con modelos informáticos que identificaron con éxito ubicaciones óptimas precisas para la estimulación. Este "punto óptimo" preciso entre las regiones de memoria que se cruzan resultó en que los participantes se beneficiaran de reducciones considerables en los síntomas.
Se necesitan más estudios clínicos antes de que se pueda aprobar la DBS para el tratamiento, pero los datos disponibles públicamente en el estudio ahora hacen posible que los investigadores coloquen electrodos con precisión en estudios neuroquirúrgicos que prueban la DBS en pacientes con Alzheimer.
Un equipo de científicos médicos militares en China informó sobre los hallazgos de CRISPR/Cas9 utilizado con éxito para insertar un gen de tardígrados en células madre embrionarias humanas, aumentando drásticamente su resistencia a la radiación.
El tardígrado (también conocido como oso de agua) mide menos de 1 milímetro de largo y es la criatura más resistente de la Tierra. Tras años de pruebas científicas, ha sobrevivido al espacio exterior, a -200 grados centígrados y a más de una hora en agua hirviendo.
Los investigadores informaron que casi el 90% de las células embrionarias humanas sobrevivieron a una exposición letal a la radiación de rayos X. Los resultados son muy sorprendentes, dado que la mezcla entre una brecha genética tan grande generalmente solo conduce a mutaciones dañinas y demuestra potencialmente el poder de CRISPR para ir más allá de los experimentos genéticos tradicionales.
Aunque técnicamente es legal mediante el uso de células madre creadas artificialmente, la investigación también es muy controvertida: el objetivo a largo plazo es desarrollar soldados superresistentes que puedan sobrevivir a la lluvia nuclear. Uno de los proyectos futuros del equipo es convertir las células tardígradas infundidas en células productoras de sangre, de modo que puedan insertarse en la médula ósea para generar nuevas células resistentes a la radiación.
Por otro lado, los genes del tardígrado también podrían aportar otros beneficios a los humanos, como desempeñar un papel protector en el ADN celular contra el estrés oxidativo, que es fundamental para el desarrollo de muchas enfermedades, como el cáncer, el envejecimiento, la diabetes, la inflamación y La enfermedad de Parkinson.
Los científicos colocan ADN tardígrado en células madre humanas
Un equipo de investigadores de la Universidad de Osaka ha desarrollado una técnica innovadora que puede crear imágenes de súper resolución de células y tejidos utilizando inteligencia artificial (IA). El equipo utilizó Stable Diffusion para analizar los escáneres cerebrales de los sujetos de prueba a los que se les mostraron hasta 10.000 imágenes dentro de una máquina de resonancia magnética.
El nuevo método, llamado "Deep-Z", utiliza algoritmos de aprendizaje profundo para extraer información detallada de imágenes de baja resolución, lo que permite la creación de imágenes de alta resolución con detalles más precisos.
Esta innovadora tecnología tiene importantes implicaciones para la investigación biomédica, ya que permite a los científicos estudiar células y tejidos con un nivel de detalle sin precedentes. El equipo probó su método en varios tipos de células y tejidos, incluidos los del cerebro, la retina y los pulmones, y logró resultados superiores a las técnicas existentes.
Uno de los aspectos más interesantes del método Deep-Z es su potencial para su uso en diagnóstico y tratamiento médicos. Al producir imágenes de células y tejidos de alta resolución, los médicos podrían identificar enfermedades en etapa temprana y desarrollar planes de tratamiento más específicos.
Este marco también podría usarse con dispositivos de escaneo cerebral distintos de la resonancia magnética, como el EEG, o tecnologías hiperinvasivas como los implantes cerebro-computadora que está desarrollando Neuralink .
En general, la técnica Deep-Z es un importante paso adelante en el campo de las imágenes biomédicas y tiene el potencial de revolucionar la investigación y el tratamiento médicos.
Este año, un equipo de biólogos e informáticos ha desarrollado máquinas biológicas autorreparadoras de menos de 1 mm de tamaño, fabricadas a partir de células de rana. Estas máquinas reciben el nombre de 'Xenobots', inspiradas en la minúscula rana africana con garras, que es lo suficientemente pequeña como para viajar dentro del cuerpo humano.
La técnica consiste en raspar y luego incubar células madre vivas de embriones de rana, para luego remodelarlas en formas corporales específicas diseñadas por inteligencia artificial. La diferenciación celular conduce a la formación de celias, proyecciones del color del cabello que se utilizan como piernas para proporcionar un método de locomoción biológicamente novedoso.
Aún es temprano, pero los Xenobots son el primer robot vivo del mundo que también es programable. Los avances recientes también incluyen la posibilidad de replicarlos para que el proceso sea más escalable.
Algunas de las aplicaciones esperadas de Xenobots incluyen la administración de fármacos altamente específica y precisa, el tratamiento de enfermedades localizadas como la extirpación de tumores cancerosos e incluso un medio escalable para limpiar los mares del mundo de plásticos y partículas sintéticas.
Para profundizar más, aquí hay una explicación en video de Sam Kriegman, un becario postdoctoral que desarrolla software de inteligencia artificial para guiar los comportamientos de los xenobots.
En los últimos años, la comunidad científica se ha sentido cada vez más atraída por el potencial terapéutico de las sustancias psicodélicas. Entre ellos, la MDMA (3,4-metilendioximetanfetamina), comúnmente conocida como éxtasis, se ha convertido en un candidato prometedor para el tratamiento del trastorno de estrés postraumático (TEPT). En un innovador estudio clínico publicado en Nature Medicine, los investigadores han revelado evidencia convincente que sugiere que la psicoterapia asistida por MDMA podría cambiar las reglas del juego en el campo del tratamiento del trastorno de estrés postraumático.
El ensayo clínico de fase 3 implicó brindar a los pacientes con trastorno de estrés postraumático resistente al tratamiento meses de psicoterapia tradicional asistida con dosis moderadas de MDMA. La MDMA duplicó con creces la eficacia de los tratamientos de psicoterapia, y la mayoría de los pacientes dejaron de tener síntomas y mostraron mejoras continuas en su bienestar durante el seguimiento del estudio.
Los resultados generales sugieren que las alteraciones en las funciones cognitivas relacionadas con la MDMA mejoraron enormemente los beneficios de la terapia psicológica, tanto en términos de capacidad de respuesta como de efectos positivos duraderos.
La psicofísica es un campo de la neurociencia dedicado a comprender cómo el cerebro humano procesa su realidad sensorial. Dos de los descubrimientos más grandes y sorprendentes de 2023 se lograron con experimentos de realidad virtual (VR).
El primer estudio descubrió un nuevo fenómeno experiencial llamado "La ilusión del toque fantasma". Se utilizaron representaciones de avatares simples de personas dentro de la realidad virtual y luego se pidió a los participantes que tocaran diferentes partes del cuerpo de su avatar con un palo virtual. En el experimento, los participantes no fueron tocados en ninguna parte de su cuerpo físico, sin embargo, casi todos informaron fuertes sensaciones táctiles correspondientes al lugar donde tocaron a su avatar. Los efectos fueron lo suficientemente fuertes como para que algunas de las personas en el estudio creyeran que los investigadores estaban tratando de engañarlos y en realidad estaban usando alguna forma de estimulación táctil real.
Lo más sorprendente es que las sensaciones ocurrieron cuando los sujetos tocaron partes de las extremidades de sus avatares incluso cuando en realidad no podían verlas en realidad virtual. Esto sugiere que la representación del propio cuerpo se define de arriba hacia abajo, extendiéndose más allá de la información sensorial disponible.
El segundo estudio realizado por psicofísicos suecos realizó experimentos de realidad virtual que demostraron que, incluso con señales sensoriales mínimas, nuestra mente puede hacerse cargo de un cuerpo diferente.
Utilizando la realidad virtual, manipularon la perspectiva visual de los participantes del estudio para que fuera la de otra persona o un cuerpo falso. Esto se hizo en sincronía con señales multisensoriales correlacionadas. El experimento fue suficiente para generar la ilusión de que el cuerpo de otra persona, o un cuerpo artificial, era el cuerpo real de los participantes.
En las propias palabras de los investigadores, '' 𝗧𝗵𝗶𝘀 𝗲𝗳𝗳𝗲𝗰𝘁 𝘄𝗮𝘀 𝘀𝗼 𝘀𝘁𝗿𝗼𝗻𝗴 𝘁𝗵𝗮𝘁 𝗽𝗲𝗼𝗽𝗹𝗲 𝗰𝗼𝘂𝗹𝗱 𝗲𝘅𝗽𝗲𝗿𝗶𝗲𝗻𝗰𝗲 𝗯𝗲𝗶𝗻𝗴 𝗶𝗻 𝗮𝗻𝗼𝘁𝗵𝗲𝗿 𝗽𝗲𝗿𝘀𝗼𝗻'𝘀 𝗯𝗼𝗱𝘆 𝘄𝗵𝗲𝗻 𝗳𝗮𝗰𝗶𝗻𝗴 𝘁𝗵𝗲𝗶𝗿 𝗼𝘄𝗻 𝗯𝗼𝗱𝘆 𝗮𝗻𝗱 𝘀𝗵𝗮𝗸𝗶𝗻𝗴 𝗵𝗮𝗻𝗱𝘀 𝗵𝗮𝗻𝗱𝘀 𝘄𝗶𝘁𝗵. 𝗢𝘂𝗿 𝗿𝗲𝘀𝘂𝗹𝘁𝘀 𝗮𝗿𝗲 𝗼𝗳 𝗳𝘂𝗻𝗱𝗮𝗺𝗲𝗻𝘁𝗮𝗹 𝗶𝗺𝗽𝗼𝗿𝘁𝗮𝗻𝗰𝗲 𝗯𝗲𝗰𝗮𝘂𝘀𝗲 𝘁𝗵𝗲𝘆 𝗶𝗱𝗲𝗻𝘁𝗶𝗳𝘆 𝘁𝗵𝗲 𝗽𝗲𝗿𝗰𝗲𝗽𝘁𝘂𝗮𝗹 𝗽𝗿𝗼𝗰𝗲𝘀𝘀𝗲𝘀 𝘁𝗵𝗮𝘁 𝗽𝗿𝗼𝗱𝘂𝗰𝗲 𝘁𝗵𝗲 𝗳𝗲𝗲𝗹𝗶𝗻𝗴 𝗼𝗳 𝗼𝘄𝗻𝗲𝗿𝘀𝗵𝗶𝗽 𝗼𝗳 𝗼𝗻𝗲'𝘀 𝗯𝗼𝗱𝘆 ''
Estos efectos se confirmaron mediante informes subjetivos estructurados y análisis biométricos detallados.
Si yo fuera tú: ilusión perceptiva de intercambio de cuerpos
En conjunto, estos hallazgos son conocimientos científicos valiosos sobre cómo nuestros cerebros dan sentido a nuestros mundos; sin embargo, también tienen grandes implicaciones para la creciente industria del entretenimiento de realidad virtual, prometiendo nuevas formas de lograr experiencias inmersivas de siguiente nivel.
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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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