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Aunque ha sido un año difícil para la mayoría de las áreas de la ciencia, la edad de oro de la neurociencia ha seguido prosperando a un ritmo acelerado a lo largo de 2020. En particular, se han producido múltiples avances que parecen sacados de la ciencia ficción en el mapeo de nuestro cerebro, importantes desarrollos para mejorar la salud humana en la vejez y el surgimiento de una nueva era de neurociencia basada en IA. Echemos un vistazo a 9 de los descubrimientos más importantes en neurociencia del año pasado.
A principios de este año, científicos del MIT desarrollaron una nueva técnica para combinar el mapeo estructural (anatomía cerebral) con el mapeo funcional (comportamiento cerebral); es la primera vez que esto se logra correctamente. Además, esto se ha realizado en ratones vivos, con el mapeo realizado en tiempo real en todas las regiones cerebrales del ratón. Este video da una idea de lo fascinante que es ver cómo cambia la conexión entre las estructuras cerebrales y la actividad en vivo al mostrarle a un ratón diferentes imágenes.
de generación de tercer armónico (THGla microscopía de tres fotones el mapeo retinotópico, lo que permite observar la actividad a través del tejido cerebral profundo mediante firmas eléctricas.
Además, ofrece una resolución asombrosa, lo que permite estudiar neuronas individuales y sus subestructuras, así como vasos sanguíneos finos y mielina , una especie de aislante que se sabe que es un factor crítico en la velocidad de procesamiento cerebral.
Este estudio se centró en los centros visuales del cerebro, pero el mismo método puede emplearse para estudiar otras regiones. Promete ser una herramienta poderosa para comprender las diferencias entre los estados cerebrales sanos y enfermos, así como la respuesta del cerebro a la estimulación ambiental.
La Universidad de Stanford logró un avance clave con una nueva de microscopía bifocal técnica COSMOS. Su trabajo capturó imágenes de la actividad neuronal en toda la corteza cerebral de un cerebro de ratón.
Estas señales se registraron filmando el cerebro desde tres ángulos diferentes y extrayéndolas computacionalmente para obtener un video en vivo de la actividad macroscópica en los hemisferios izquierdo y derecho. Aquí hay una muestra donde se puede apreciar la impresionante tormenta eléctrica de un cerebro real en acción.
A medida que la corteza cerebral procesa funciones cognitivas complejas de nivel superior, se pueden empezar a desentrañar comportamientos más misteriosos, como los procesos de toma de decisiones, de forma global. Por ejemplo, para comprender la relación entre las decisiones que dependen de la percepción sensorial y la función motora (pensemos en lo que implica decidir cómo esquivar un coche que se aproxima).
Los investigadores también esperan que COSMOS sea un método de bajo coste para evaluar los efectos de los fármacos psiquiátricos, de modo que puedan desarrollarse para que sean funcionalmente más eficaces.
Como ya comentamos en una entrada anterior del blog, un gran avance para DeepMind se produjo al imitar las columnas neocorticales del cerebro humano. Esto permitió un aumento considerable de la inteligencia con una mínima capacidad de procesamiento. Como resultado, esta IA modelada humanamente ha superado a los mejores jugadores de ajedrez, Go y eSports del mundo en sus respectivos juegos.
Aunque no se comprende del todo, el sueño desempeña una función crucial para el cerebro de mamíferos y humanos, y la privación del sueño . Este año, el Laboratorio Nacional de Los Álamos descubrió que las redes computacionales de los sistemas de IA, que funcionan con picos de actividad, también sufren un tipo de privación del sueño, volviéndose inestables al funcionar durante largos periodos sin descanso. Sin embargo, al ponerlas en un estado de red similar al de las ondas cerebrales que experimentamos durante el sueño, se restableció el rendimiento óptimo.
Puede que no parezca gran cosa, pero es probable que los avances en IA transformen nuestra vida. Los hallazgos también sugieren que la fusión de las disciplinas de la neurociencia y la IA podría dar lugar a una nueva era de computadoras superinteligentes.
un dispositivo cerebral minúsculo Se ha utilizado Este ensayo, implantó la nueva microtecnología en el cerebro de los participantes.
El dispositivo, llamado Stentrode™, se insertó mediante cirugía mínimamente invasiva 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 y las complicaciones de recuperación asociados a la cirugía cerebral abierta.
El implante utiliza tecnología inalámbrica para transmitir actividad neuronal específica a una computadora, donde se convierte en acciones según las intenciones de los pacientes. Sorprendentemente, este diminuto chip permitió a los pacientes realizar acciones como hacer clic, ampliar y escribir con un 93 % de precisión, lo que les permitió realizar tareas que damos por sentado, como enviar mensajes de texto, correos electrónicos y comprar en línea.
Aún es muy pronto, pero la naturaleza mínimamente invasiva del tratamiento muestra el gran potencial de las microneurotecnologías para ayudar a las personas con todo tipo de deterioro cognitivo.
En 2018, informamos que los científicos aprendieron a reprogramar células madre para convertirlas en neuronas específicas. Este año, investigadores de cuatro universidades estadounidenses han dado un paso más hacia el santo grial de la prolongación de la vida. Al identificar redes genéticas que regulan la regeneración celular, han logrado manipular células normales para que se conviertan en células progenitoras, que pueden transformarse en cualquier tipo celular para reemplazar a las células moribundas.
Su prueba de concepto se llevó a cabo con 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, desempeña un papel fundamental en el inevitable envejecimiento natural de los seres humanos. Los investigadores creen que el proceso de regeneración de neuronas en el cerebro será similar. De tener éxito, tendrá importantes implicaciones para afecciones como la enfermedad de Alzheimer, donde grandes regiones del cerebro pueden perderse debido a la muerte neuronal. También podría contribuir a prevenir muchos de los efectos secundarios del envejecimiento natural del cerebro, permitiendo una vida más larga y saludable, manteniendo una óptima forma física hasta la vejez.
En lugar de reemplazar las células moribundas, científicos de la Universidad de Heidelberg han identificado procesos clave involucrados en la muerte de las células cerebrales, denominados neurodegeneración. Esto implicó descubrir el proceso mediante el cual la captación celular de glutamato previene la muerte celular en personas sanas, pero se inactiva en enfermedades como el ictus, donde el suministro de oxígeno a las células cerebrales se ve restringido.
En efecto, esto provoca la muerte celular simplemente porque no reciben las señales químicas correctas que les indican que deben seguir vivas. Los investigadores desarrollaron entonces una clase especial de inhibidores que pueden intervenir y desactivar el «complejo de muerte» celular antes de que ocurra.
Los inhibidores demostraron ser altamente eficaces en la protección de las células nerviosas, lo que se espera que conduzca a una nueva clase de opciones de tratamiento para enfermedades neurodegenerativas.
Investigadores de la Universidad de Aarhus han utilizado técnicas avanzadas de imagen PET y resonancia magnética para revelar que la enfermedad de Parkinson es en realidad una de dos variantes diferentes de la enfermedad.
En una variante, la enfermedad comienza en los intestinos y se propaga al cerebro a través de conexiones neuronales. En la otra, comienza en el cerebro y luego se propaga a los intestinos y otros órganos. Este video ofrece una excelente visión general.
Aunque no es curativo, representa un gran avance para la detección temprana de la enfermedad y la implementación de medidas preventivas. Por ejemplo, podría conducir a tratamientos que impidan que la enfermedad llegue al cerebro, donde sus efectos se vuelven debilitantes con el tiempo. Además, constituye una pieza clave en el complejo entramado de la poderosa simbiosis entre nuestros intestinos y nuestra mente, conocido científicamente como el eje intestino-cerebro.
Científicos de la Universidad de Cambridge y del 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 de tomografías computarizadas topográficas.
Las tomografías computarizadas recopilan una enorme cantidad de datos cuyo análisis puede llevar horas a los expertos. Esto requiere la evaluación conjunta de múltiples exploraciones a lo largo del tiempo para rastrear las trayectorias de recuperación o la progresión de la enfermedad. Esta nueva herramienta de IA parece ser más eficaz que los expertos humanos para detectar estos cambios, además de ser mucho más rápida y económica.
Por ejemplo, su investigación demostró la gran eficacia del software para cuantificar automáticamente la progresión de múltiples tipos de lesiones cerebrales, lo que ayuda a predecir cuáles se agrandarán. La innovadora aplicación de este tipo de IA para asistir en el análisis humano probablemente sea la primera de muchas que transformarán el diagnóstico médico de forma rentable.
Los súper ancianos son individuos cuyas habilidades cognitivas son muy superiores a las de sus pares en la vejez, conservando capacidades mentales juveniles hasta bien entrados los 70 y 80 años. Hasta ahora, el secreto para mantener su forma óptima ha sido poco comprendido.
El Hospital Universitario de Colonia y el Centro de Investigación Jülich han descubierto una diferencia clave en su biología. Mediante tomografías PET, revelaron que las personas mayores presentan una resistencia notablemente mayor a tau y amiloide. Hasta hace poco, estas proteínas habían resultado difíciles de estudiar.
Las personas mayores también presentan niveles más bajos de tau y patología amiloide, lo que a su vez conduce a diversos tipos de neurodegeneración en la mayoría de las personas en la vejez. Se ha identificado que la menor resistencia a la acumulación de tau y amiloide es un factor biológico primario en la pérdida de la capacidad cognitiva óptima.
Se pueden realizar nuevas investigaciones centradas en estos procesos para encontrar formas de curar el deterioro mental en general, así como para ayudar a desarrollar terapias que protejan contra formas de demencia que ya se están produciendo.
Esperamos que estos destacados artículos sobre neurociencia le hayan resultado interesantes. Si desea saber más sobre el notable ritmo de progreso en neurociencia, lea también nuestros blogs sobre los aspectos más destacados de los últimos tres años.
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