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La neurociencia no solo es uno de los campos científicos de más rápido progreso, sino también uno de los más diversos. En 2023, la investigación se aceleró en muchas disciplinas fascinantes. A continuación, presentamos algunos avances destacados que prometen moldear nuestra comprensión del cerebro humano y del mundo con el que interactuamos.
Tradicionalmente, consideramos la actividad eléctrica cerebral como un proceso descendente que se origina en las neuronas que la producen mediante la activación de señales. Sin embargo, un nuevo artículo de neurocientíficos de Johns Hopkins y el MIT propone una teoría según la cual estas señales eléctricas pueden, de hecho, 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 la eficiencia de la red.
Esto se basa en estudios anteriores que mostraron 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 la electrodifusión, la mecanotransducción y los intercambios entre energía eléctrica, potencial y química.
Como resumió el investigador principal, "Para que el cerebro funcione correctamente, es fundamental que el cerebro funcione correctamente". 𝙎𝙤 𝙚𝙨𝙩𝙖𝙙𝙤. 𝙚𝙡𝙚𝙘𝙞𝙤 𝙘𝙖𝙧𝙜𝙞𝙤 𝙚𝙡𝙚𝙘𝙞𝙤 𝙘𝙖𝙧𝙜𝙞𝙤 𝙚𝙨𝙩𝙖𝙙𝙤 𝙖𝙣 𝙘𝙖𝙩𝙘𝙞𝙤𝙣𝙤 𝙪𝙥 𝙬𝙞𝙩𝙖𝙙 𝙎𝙪 𝙥𝙧𝙤𝙘𝙚𝙨𝙤, 𝙨𝙩𝙤𝙧𝙚, 𝙖𝙣𝙙 𝙩𝙧𝙖𝙣𝙨𝙢𝙞𝙩𝙤 𝙚𝙡𝙚𝙘𝙞𝙤𝙣𝙤𝙨 𝙚𝙡𝙚𝙘𝙞𝙤𝙣𝙤𝙨 𝙨𝙞𝙜𝙣𝙖𝙡𝙨. 𝙄𝙣𝙩𝙚𝙧𝙖𝙘𝙞𝙤𝙨 𝙚𝙡𝙚𝙘𝙞𝙤𝙣𝙤 𝙚𝙡𝙚𝙘𝙞𝙤𝙣𝙤 𝙚𝙡𝙚𝙘𝙞𝙤𝙣𝙤 𝙨𝙚𝙢𝙨 𝙎𝙤𝙨.”
A principios de este año se descubrió que el entrelazamiento cuántico estaba vinculado 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.
Un artículo publicado en Nature Nanotechnology sugiere un nuevo paradigma de tratamiento de la salud a través de la manipulación de la tunelización biológica cuántica 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 la aplicación de nanoelectrodos bipolares de oro (denominados bionanoantenas) pulverizados sobre una sección de tratamiento quirúrgico.
A continuación, se aplica un campo eléctrico preciso que se dirige y estimula específicamente los campos eléctricos de cada célula tumoral. Esto provoca la transferencia de un solo electrón mediante la manipulación del efecto 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 especialmente sensibles (lo que, según los investigadores, se debe a la expresión alterada de sus vías genéticas).
En efecto, esto representa una herramienta inalámbrica de comunicación electromolecular que facilita la eliminación de células cancerosas. Este método es mínimamente invasivo en comparación con la cirugía tradicional y puede utilizarse cuando la cirugía no es una opción debido a la proliferación excesiva de células tumorales entre las células sanas.
Los investigadores proponen que variar los 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 las 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 muy pronto, el autor del estudio, Frankie Rawson, resumió el significado más amplio de los hallazgos.
“No me importa si soy un fanático de los videojuegos o un fanático de los videojuegos 𝒎𝒆𝒄𝒉𝒂𝒏𝒊𝒄𝒂𝒍𝒐, 𝒕𝒉𝒊𝒔 𝒎𝒂𝒚 𝒓𝒆𝒑𝒓𝒆𝒔𝒆𝒏𝒕 𝒕𝒉𝒆 𝒘𝒐𝒓𝒍𝒐 𝒅𝒆 𝒇𝒊𝒓𝒔𝒕 𝒒𝒖𝒂𝒏𝒕𝒖𝒎 𝒕𝒉𝒆𝒓𝒂𝒑𝒚, 𝒖𝒔𝒉𝒆𝒓𝒊𝒏𝒈 𝒊𝒏 𝒂 𝒏𝒆𝒘 𝒆𝒓𝒂 𝒐𝒇 𝒕𝒓𝒆𝒂𝒕𝒎𝒆𝒏𝒕𝒆 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 dormimos!
El objetivo principal del estudio fue investigar si el enriquecimiento olfativo podría tener un impacto positivo en la función cognitiva en adultos mayores sanos. Los investigadores plantearon la hipótesis de que el acceso único del olfato a regiones cerebrales relacionadas con la memoria podría normalizar circuitos específicos de la memoria, lo que podría beneficiar las capacidades cognitivas.
A pesar de exponer a los participantes a una variedad limitada de olores durante las sesiones nocturnas, el estudio arrojó resultados convincentes. Los participantes enriquecidos mostraron una mejora del 226 % en su rendimiento en la Prueba de Aprendizaje Auditivo Verbal de Rey (en comparación con un grupo de control), que evalúa el aprendizaje verbal y las capacidades relacionadas con la memoria.
Más específicamente, los escáneres fRMI previos y posteriores a la DTI descubrieron modificaciones estructurales en el cerebro, incluidos cambios positivos en la región del fascículo uncinado, que normalmente se deteriora con el envejecimiento y las condiciones neurodegenerativas.
El estudio también reveló que los participantes estimulados por el olfato de entre 60 y 72 años experimentaron mejoras cognitivas más pronunciadas que sus contrapartes mayores, lo que sugiere que los beneficios del envejecimiento pueden lograrse mejor de manera proactiva.
La conclusión clave es que puede ser posible mejorar de forma segura y accesible la salud cerebral 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 en el ámbito terapéutico, pero existen importantes barreras, como la naturaleza invasiva de los electrodos implantados y su falta de precisión sobre las neuronas que excitan. Un gran avance se ha publicado en Cell Reports: la ingeniería de hilos estimuladores-nanoelectrónicos ultraflexibles (StimNET).
Este nuevo tipo de electrodos es mucho más pequeño que los implantes tradicionales y, por lo tanto, mucho más preciso. El artículo muestra evidencia experimental en ratas y ensayos clínicos iniciales en humanos que demuestra que los StimNET poseen varias ventajas clave.
• Electrodo ultraflexible capaz de 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, las StimNET pueden estimular selectivamente neuronas individuales. Esto es similar a necesitar 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 mostrar gran potencial para hacer práctica la estimulación cerebral profunda, la precisión selectiva de esta neurotecnología permitirá a los investigadores aprender con mucha más exactitud qué tipos de estimulación eléctrica son útiles para condiciones neurológicas específicas.
En un avance neurocientífico relacionado de 2023, la estimulación cerebral profunda ha demostrado por primera vez efectos prometedores para aliviar los síntomas de la enfermedad de Alzheimer. Para ser eficaz, se requiere una precisión milimétrica en la colocación de los electrodos, y es difícil saber con exactitud en qué áreas del cerebro enfocar la estimulación en diferentes enfermedades cerebrales.
Investigadores afiliados a la Facultad de Medicina de Harvard, especializados en el análisis de imágenes cerebrales por resonancia magnética de alta resolución, combinaron su enfoque con modelos informáticos que identificaron con éxito las ubicaciones óptimas para la estimulación. Este punto óptimo entre las regiones de memoria que se intersecan resultó en una reducción considerable de los síntomas en los participantes.
Se necesitan más estudios clínicos antes de que la ECP pueda aprobarse como tratamiento, pero los datos disponibles públicamente en el estudio ahora permiten a los investigadores colocar electrodos con precisión en estudios neuroquirúrgicos que prueban la ECP en pacientes con Alzheimer.
Un equipo de científicos médicos militares en China informó sobre el uso exitoso de CRISPR/Cas9 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 un 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 Celsius 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 conduce solo a mutaciones dañinas, y potencialmente demuestra 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 radiactiva. Uno de los proyectos futuros del equipo es convertir las células infundidas con tardígrados en células hematopoyéticas, para que puedan insertarse en la médula ósea y 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.
Científicos introducen ADN de tardígrado en células madre humanas
Un equipo de investigadores de la Universidad de Osaka ha desarrollado una técnica innovadora que permite crear imágenes de células y tejidos con superresolución mediante inteligencia artificial (IA). El equipo utilizó la técnica de Difusión Estable para analizar los escáneres cerebrales de 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 tecnología revolucionaria 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 diversos tipos de células y tejidos, incluyendo los del cerebro, la retina y el pulmón, y obtuvo resultados superiores a las técnicas existentes.
Uno de los aspectos más interesantes del método Deep-Z es su potencial para el diagnóstico y tratamiento médico. Al generar imágenes de alta resolución de células y tejidos, los médicos podrían identificar enfermedades en sus etapas iniciales y desarrollar planes de tratamiento más específicos.
Este marco también podría utilizarse con otros dispositivos de escaneo cerebral además de la resonancia magnética, como el electroencefalograma (EEG), o con 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 autocurativas de menos de 1 mm de tamaño, fabricadas a partir de células de rana. Estas máquinas se llaman «Xenobots», inspiradas en la minúscula rana africana de uñas, lo suficientemente pequeña como para viajar dentro de cuerpos humanos.
La técnica consiste en raspar e 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 de luz capilar que se utilizan como patas para proporcionar un método de locomoción biológicamente novedoso.
Aún es pronto, pero los Xenobots son los primeros robots vivos del mundo que también son programables. Los avances recientes también han incluido la posibilidad de replicarlos para que el proceso sea más escalable.
Algunas de las aplicaciones esperadas de los Xenobots incluyen la administración de fármacos altamente específica y precisa, el tratamiento de enfermedades localizadas como la eliminación 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 investigador postdoctoral que desarrolla software de IA 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 ellas, la MDMA (3,4-metilendioximetanfetamina), comúnmente conocida como éxtasis, se ha convertido en una candidata prometedora para el tratamiento del trastorno de estrés postraumático (TEPT). En un estudio clínico pionero publicado en Nature Medicine, investigadores han revelado evidencia contundente que sugiere que la psicoterapia asistida con MDMA podría ser un punto de inflexión en el tratamiento del TEPT.
El ensayo clínico de fase 3 consistió en administrar a pacientes con TEPT resistente al tratamiento meses de psicoterapia tradicional asistida con dosis moderadas de MDMA. El MDMA duplicó con creces la eficacia de los tratamientos de psicoterapia, y la mayoría de los pacientes dejaron de presentar síntomas y mostraron mejoras continuas en su bienestar durante el seguimiento del estudio.
Los resultados generales sugieren que las alteraciones relacionadas con el MDMA en las funciones cognitivas 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 la realidad sensorial. Dos de los descubrimientos más grandes y sorprendentes de 2023 se lograron mediante experimentos de realidad virtual (RV).
El primer estudio descubrió un nuevo fenómeno experiencial denominado "La Ilusión del Tacto Fantasma". Este utilizó representaciones sencillas de avatares de personas en realidad virtual y pidió a los participantes que tocaran diferentes partes del cuerpo de su avatar con un bastón virtual. En el experimento, los participantes no fueron tocados en ninguna parte de su cuerpo físico; sin embargo, casi todos reportaron fuertes sensaciones táctiles correspondientes al punto donde tocaron su avatar. Los efectos fueron tan fuertes que algunos participantes del estudio creyeron que los investigadores intentaban engañarlos y que, en realidad, utilizaban algún tipo de estimulación táctil real.
Lo más sorprendente fue que las sensaciones se produjeron cuando los sujetos tocaron partes de las extremidades de sus avatares, incluso cuando no podían verlas en realidad virtual. Esto sugiere que la representación del propio cuerpo se define de arriba a abajo, extendiéndose más allá de la información sensorial disponible.
El segundo estudio realizado por psicofísicos suecos realizó experimentos de realidad virtual que demuestran que, incluso con señales sensoriales mínimas, nuestras mentes pueden tomar posesión de un cuerpo diferente.
Mediante realidad virtual, manipularon la perspectiva visual de los participantes del estudio para que pareciera la de otra persona o la de un cuerpo artificial. Esto se realizó 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 𝘔𝘶𝘴 𝘵𝘦𝘯𝘥𝘢𝘴. 𝗗𝗶𝗻 𝗲𝗻 𝗹𝗮 𝗰𝗼𝗻𝗱𝗮𝗺𝗲𝗻𝘁𝗮𝗹 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: la ilusión perceptiva del intercambio de cuerpos
En conjunto, estos hallazgos constituyen información científica valiosa sobre cómo nuestros cerebros dan sentido a nuestros mundos, pero también tienen grandes implicaciones para la industria del entretenimiento de realidad virtual en rápido crecimiento y prometen nuevas formas de lograr experiencias inmersivas de nivel superior.
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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.
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