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Aunque ha sido un año difícil para la mayoría de los campos de la ciencia, la edad de oro de la neurociencia ha seguido prosperando a un ritmo acelerado a lo largo de 2020. En particular, ha habido múltiples avances similares a los de la ciencia ficción para mapear nuestros cerebros, avances importantes para mejorar la salud humana hacia la vejez y el amanecer de una nueva era de neurociencia basada en la IA. Echemos un vistazo a nueve de los principales descubrimientos de la neurociencia del año pasado.
A principios de este año, los científicos del MIT desarrollaron una nueva técnica para emparejar el mapeo estructural (anatomía del cerebro) con el mapeo funcional (cómo se comporta el cerebro); es la primera vez que esto se logra adecuadamente. Además, esto se ha hecho en ratones vivos, realizándose el mapeo de las regiones del cerebro del ratón en tiempo real. Este vídeo da una idea de lo fascinante que es ver el acoplamiento de las estructuras cerebrales y la actividad en vivo cambiando en respuesta a que a un ratón se le muestran diferentes imágenes.
la microscopía de tres fotones de generación del tercer armónico ( THG el mapeo retinotópico , lo que permite observar la actividad a través del tejido cerebral profundo mediante firmas eléctricas.
También ofrece una resolución asombrosa, lo que permite estudiar neuronas individuales y sus subestructuras, así como los vasos sanguíneos finos y la mielina , una especie de aislante conocido por ser un factor crítico en la velocidad de procesamiento del cerebro.
Este estudio se centró en los centros visuales del cerebro, pero el mismo método puede utilizarse para estudiar otras regiones. Promete ser una herramienta poderosa para comprender las diferencias entre los estados cerebrales sanos y enfermos, así como cómo responde el cerebro a la estimulación ambiental.
La Universidad de Stanford logró un avance clave con una nueva de microscopía bifocal llamada COSMOS . Su trabajo capturó películas de actividad neuronal en toda la corteza cerebral de un cerebro de ratón.
Estas señales se registraron esencialmente filmando el cerebro desde tres ángulos diferentes y luego extrayendo señales computacionalmente para proporcionar un video en vivo de la actividad macroscópica en los hemisferios izquierdo y derecho. Aquí hay una muestra donde literalmente se ve la notable tormenta eléctrica de un cerebro real en acción.
A medida que la corteza maneja funciones cognitivas complejas de nivel superior, comportamientos más misteriosos, como los procesos de toma de decisiones, ahora pueden comenzar a desentrañarse de manera global. Por ejemplo, para comprender la relación entre las decisiones que dependen de la percepción sensorial y la función motora (piense en lo que implica decidir en qué dirección esquivar un automóvil que se aproxima).
Los investigadores también esperan que COSMOS sea un método de bajo coste para detectar los efectos de los fármacos psiquiátricos, de modo que puedan desarrollarse para que sean funcionalmente más eficaces.
Como cubrimos en un blog anterior Deep Mind de Google se produjo al imitar las columnas neocorticales de la mente humana. Esto condujo a una inteligencia enormemente aumentada utilizando una fracción de la potencia informática. Como resultado, esta IA modelada por humanos ha superado a los mejores jugadores de ajedrez, Go y eSports del mundo en sus propios juegos.
Aunque no se comprende completamente, el sueño proporciona una función crítica para los cerebros de mamíferos y humanos, y ocurren serios problemas cuando se sufre privación de sueño Este año, el Laboratorio Nacional de Los Álamos descubrió que las redes computacionales de los sistemas de IA también sufren una especie de privación de sueño, volviéndose inestables cuando trabajan durante largos períodos sin descanso. Sin embargo, cuando se puso en un estado de red similar a las ondas cerebrales que experimentamos durante el sueño, se restableció el rendimiento óptimo.
Puede que esto no parezca gran cosa, pero es probable que los avances en la IA transformen la forma en que vivimos todas nuestras vidas. Los hallazgos también sugieren que la fusión de las disciplinas de la neurociencia y el campo de la inteligencia artificial podría dar lugar a una nueva era de computadoras súper inteligentes.
Se ha utilizado un dispositivo cerebral minúsculo Este ensayo , llevado a cabo en la Universidad de Melbourne, implantó la nueva microtecnología dentro del cerebro de los participantes.
El dispositivo llamado Stentrode™ se insertó mediante una cirugía de ojo de cerradura en el cuello y desde allí se trasladó a la corteza motora a través de los vasos sanguíneos. Este método mínimamente invasivo evita los riesgos asociados y las complicaciones de recuperación de la cirugía cerebral abierta.
El implante utiliza tecnología inalámbrica para transmitir actividad neuronal específica a una computadora, donde se convierte en acciones basadas en las intenciones de los pacientes. Sorprendentemente, este pequeño chip permitió a los pacientes realizar acciones como hacer clic y hacer zoom, y escribir con un 93% de precisión, ayudándoles a hacer cosas que damos por sentado, como enviar mensajes de texto, enviar correos electrónicos y comprar en línea.
Aún es muy temprano, pero la naturaleza mínimamente invasiva del tratamiento muestra el gran potencial de las microneurotecnologías para ayudar a personas con todo tipo de deterioro cognitivo.
En 2018 informamos que los científicos aprendieron cómo reprogramar células madre en neuronas específicas. Este año, investigadores de cuatro universidades diferentes de EE. UU. han dado un paso más grande hacia el santo grial de la extensión de la vida. Al identificar redes de genes que regulan la regeneración celular, han podido manipular células normales para que se conviertan en células progenitoras , que pueden transformarse en cualquier tipo de célula para reemplazar las células moribundas.
Su prueba de concepto se llevó a cabo con las células gliales del pez cebra, convirtiéndolas efectivamente en células madre que luego detectaron y restauraron las células retinianas dañadas para recuperar la visión deteriorada.
La muerte celular, o apoptosis , juega un papel importante en el inevitable envejecimiento natural de los seres humanos. Los investigadores creen que el proceso de regeneración de neuronas en el cerebro será similar. Si tiene éxito, tendrá enormes implicaciones para enfermedades como la enfermedad de Alzheimer, donde grandes regiones del cerebro pueden perderse debido a la muerte de las neuronas. También puede desempeñar un papel en la prevención de los numerosos efectos secundarios del envejecimiento natural en el cerebro, para lograr una vida más larga y saludable en plena forma hasta la vejez.
En lugar de reemplazar las células moribundas, los científicos de la Universidad de Heidelberg han identificado procesos clave involucrados en la muerte de las células cerebrales, llamados neurodegeneración . Se trataba de descubrir el proceso mediante el cual la absorción celular de glutamato previene la muerte celular en personas sanas, pero se vuelve inactiva en estados patológicos como un accidente cerebrovascular, donde el suministro de oxígeno a las células cerebrales se restringe.
En efecto, esto lleva a que las células se maten a sí mismas simplemente porque no reciben las señales químicas correctas que les indiquen que permanezcan con vida. Luego, los investigadores desarrollaron una clase especial de inhibidores que pueden intervenir y desactivar el "complejo de muerte" celular antes de que ocurra.
Los inhibidores demostraron ser muy eficaces para proteger las células nerviosas, lo que con suerte conducirá a una nueva clase de opciones de tratamiento para enfermedades neurodegenerativas.
Investigadores de la Universidad de Aarhus han utilizado técnicas avanzadas de imágenes por PET y MRI para revelar que la enfermedad de Parkinson en realidad es una de dos variantes diferentes de la enfermedad .
En una variante, la enfermedad comienza en los intestinos y luego se propaga al cerebro a través de conexiones neuronales. En el otro, comienza en el cerebro y luego pasa a los intestinos y otros órganos. Este vídeo ofrece una excelente descripción general.
Aunque no es curativo, es un paso importante en la dirección correcta para poder identificar el inicio en una etapa temprana para tomar medidas preventivas. Por ejemplo, puede conducir a tratamientos que impidan que la enfermedad llegue al cerebro, donde los efectos se vuelven debilitantes con el tiempo. También es otra pieza clave en el rompecabezas de las poderosas simbiosis entre nuestros intestinos y nuestra mente, conocida científicamente como eje intestino-cerebro .
Científicos de la Universidad de Cambridge y el Imperial College de Londres han desarrollado un nuevo tipo de algoritmo de IA que puede detectar, diferenciar e identificar diferentes tipos de lesiones cerebrales a partir de datos topográficos de tomografía computarizada.
Las tomografías computarizadas recopilan una gran cantidad de datos que los expertos pueden tardar horas en analizar, y esto debe incluir la evaluación colectiva de múltiples exploraciones a lo largo del tiempo para rastrear las trayectorias de recuperación o la progresión de la enfermedad. Esta nueva herramienta de inteligencia artificial parece ser mejor que los expertos humanos a la hora de detectar tales cambios, además de ser mucho más rápida y económica.
Por ejemplo, su investigación demostró que el software era muy eficaz para cuantificar automáticamente la progresión de múltiples tipos de lesiones cerebrales, lo que ayudaba a predecir qué lesiones aumentarían de tamaño. Es probable que la aplicación innovadora de este tipo de IA para ayudar al análisis humano sea la primera de muchas que transformarán los diagnósticos médicos de manera rentable.
Los superenvejecidos son personas cuyas habilidades cognitivas están muy por encima de las de sus pares en la vejez, conservando habilidades mentales juveniles hasta bien entrados los 70 y 80 años. Hasta ahora se ha entendido poco el secreto para conservar su forma máxima.
El Hospital Universitario de Colonia y el Centro de Investigación Juelich han descubierto una diferencia clave en su biología . Utilizando exploraciones PET revelaron que las personas que superan la edad tienen una resistencia notablemente mayor a tau y amiloides . Hasta hace poco, estas proteínas han resultado difíciles de estudiar.
Las personas que superan la edad también tienen niveles más bajos de tau y patología amiloide, lo que a su vez conduce a varios tipos de neurodegeneración en la mayoría de las personas en sus últimos años. Ahora se ha identificado que la resistencia reducida a la tau y la acumulación de amiloide es un factor biológico primario para la pérdida de la forma cognitiva máxima.
Se pueden centrar nuevas investigaciones en estos procesos para encontrar formas de posiblemente curar el deterioro mental en general, así como ayudar a desarrollar terapias para proteger contra las formas de demencia que ya están ocurriendo.
Esperamos que estos destacados de neurociencia le hayan resultado interesantes. Si desea obtener más información sobre el notable ritmo del progreso en neurociencia, lea también nuestros blogs sobre los aspectos más destacados de los tres años anteriores.
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