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¿Hablas cerebro? Trate de estudiar estas neuronas en un chip

Anonim

Las neuronas de un paciente que sufre de Alzheimer.

Puede que no sea consciente de ello, pero en un momento dado, su cerebro es anfitrión de miles de millones de conversaciones simultáneas (y no, no estoy hablando de esas voces). Por supuesto, hablo de las conversaciones entre sus neuronas: la incesante charla neural que le permite mover las extremidades, aprender, recordar y sentir dolor. Cada vez que experimentamos una nueva sensación o formamos una memoria, millones de señales eléctricas y químicas se propagan a través de densas redes de axones y saltan de una sinapsis a la siguiente, creando nuevas conexiones neuronales o fortaleciendo las existentes. Y están cambiando constantemente, formando y reformando asociaciones con otras neuronas en respuesta a cómo el cerebro percibe y procesa nuevos fragmentos de información.

A pesar de ser fundamentales para nuestra comprensión de cómo funciona el cerebro, estos chats neuronales siguen siendo en gran medida un misterio para los científicos. ¿Qué son exactamente las neuronas individuales que se "dicen" unas a otras? ¿Y cómo estos "mensajes" eléctricos y químicos se traducen en acciones, recuerdos o una gama de otros comportamientos complejos? Para ayudar a descifrar estas discusiones, un equipo de investigadores de la Universidad de Calgary liderado por el bioingeniería Naweed Syed tiene un microchip de silicio incorporado con grandes redes de células cerebrales. La idea es lograr que las células cerebrales "hablen" al chip de un milímetro cuadrado, y luego hagan que el chip hable con los científicos a través de una interfaz de computadora.

El equipo de Syed demostró que era posible fusionar redes neuronales con un microchip en 2004 cuando crearon el "cerebro en un chip" original, la primera tecnología híbrida biónica de su tipo. El neurochip estimula las células y la charla resultante, la actividad de las neuronas a nivel de los canales iónicos y los extremos sinápticos, se puede registrar con una computadora. En ese momento, Syed y sus colegas utilizaron los chips para espiar las neuronas del caracol, que son grandes (4 a 10 veces más grandes que las neuronas humanas) y, por lo tanto, más fáciles de cultivar que otras células cerebrales animales.

La nueva versión también se basa en células de caracol pero está automatizada, una mejora importante que significa que casi cualquier persona puede aprender cómo cultivar adecuadamente las células en ellas. Además, ofrecen un grado mucho más alto de resolución y son más precisos. Mientras que los primeros neurochips solo permitieron a los científicos monitorear la conversación entre dos células cerebrales, los modelos nuevos y mejorados ahora les permiten escuchar en redes enteras y captar todos los intercambios neuronales minuciosos.

Además de brindar a los investigadores un acceso sin precedentes al funcionamiento más interno del cerebro, se espera que esta tecnología allanará el camino para nuevos medicamentos para tratar trastornos neurodegenerativos como el Parkinson y prótesis avanzadas que imitan mejor el movimiento humano normal comunicándose directamente con el cerebro. Durante los próximos meses, Syed y su equipo planean cultivar las neuronas de un grupo de pacientes epilépticos en sus chips para estudiar la actividad disfuncional de las células.

Las personas que sufren de epilepsia se ven afectadas por las convulsiones frecuentes que son provocadas por el inusual y excesivo parloteo neuronal. Al concentrarse en los canales iónicos defectuosos que activan estas señales anormales, Syed cree que sus chips proporcionarán información crucial sobre la enfermedad y llevarán a un tratamiento más eficaz. Si se demuestra que tiene éxito, el mismo modelo podría aplicarse a otros trastornos cerebrales, eliminando finalmente la necesidad de probar los medicamentos directamente en los pacientes, o al menos proporcionando un buen estudio piloto antes de pasar a los pacientes, y por lo tanto acelerando el ritmo de la investigación y el desarrollo. . Es el mismo principio que el pulmón en un chip, que los científicos esperan que conduzca a nuevos protocolos de prueba de drogas que eviten la necesidad de los animales.

Ciertamente no es difícil ver el atractivo de estas tecnologías. Todos pueden apoyarse en la idea de ciclos más rápidos de desarrollo de fármacos y tratamientos más precisos, especialmente si eso significa que no se dañará a los humanos ni a los animales en el proceso. En varios años, después de que se vuelven más sofisticados y ubicuos, estos neurochips podrían dar un gran impulso a la lucha contra los trastornos cerebrales, que son algunos de los rompecabezas más complicados de la medicina.

Imagen: Yale

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