211service.com
El escáner portátil abre una nueva frontera en neurociencia
Se ha utilizado un pequeño escáner portátil para rastrear la actividad química en los cerebros de animales desenfrenados por primera vez. Al revelar los circuitos neurológicos a medida que los sujetos realizan tareas normales, dicen los investigadores, la tecnología podría ampliar en gran medida la comprensión del aprendizaje, la adicción, la depresión y otras afecciones.
PET usable: La cabeza de una rata cabe en la abertura circular de este dispositivo, que está rodeado de detectores y dispositivos electrónicos miniaturizados.
El dispositivo fue diseñado para usarse con ratas, el principal modelo animal utilizado por los neurocientíficos del comportamiento. Pero los investigadores que desarrollaron el dispositivo, en el Laboratorio Nacional de Brookhaven, dicen que sería sencillo diseñar un dispositivo similar para las personas.
La tomografía por emisión de positrones, o PET, ya se utiliza ampliamente en la investigación en neurociencia y en el tratamiento clínico. Permite a los investigadores rastrear la ubicación de neurotransmisores marcados radiactivamente (las sustancias químicas que transportan señales entre las neuronas) o medicamentos dentro del cerebro. Las imágenes de la forma en que los neurotransmisores y las drogas se mueven a través del cerebro pueden revelar los procesos que sustentan el comportamiento normal, como el aprendizaje, así como las patologías, incluida la adicción. La PET se ha utilizado para mapear los sitios de unión a fármacos en el cerebro de los adictos y las personas sanas, y para estudiar cómo esos sitios cambian con el tiempo y con la terapia.
Un escáner PET convencional es tan grande que estos estudios deben realizarse con el sujeto acostado dentro de un tubo grande. Los grandes tubos fotomultiplicadores amplifican las señales de los rayos gamma emitidos por sustancias químicas etiquetadas en el cerebro. Luego, las señales pasan a través de un bastidor electrónico del tamaño de un escritorio que las procesa y las asigna a una región particular del cerebro. Para obtener buenas lecturas durante los estudios con animales, los sujetos suelen estar anestesiados o restringidos. Lo que se mide no es un comportamiento normal de vigilia.
Tenemos datos muy limitados sobre lo que hacen los cerebros en el mundo real, dice Paul Glimcher , profesor de neurociencia, economía y psicología en la Universidad de Nueva York. Glimcher no participó en el trabajo.
El nuevo escáner portátil está diseñado para proporcionar la misma información sobre la química del cerebro mientras un animal se comporta de forma natural. Es lo suficientemente pequeño y liviano como para que una rata pueda llevarlo sobre su cabeza. [La rata] puede moverse libremente, interactuar con otros animales y, al mismo tiempo, podemos hacer un mapa tridimensional de, por ejemplo, los receptores de dopamina en todo el cerebro, dice David Schlyer , científico senior de Brookhaven que dirigió el trabajo.
El grupo de Schlyer trabajó durante años para diseñar un escáner PET en miniatura que pudiera ser usado por un sujeto en movimiento. El dispositivo consiste en un anillo de metal que cuelga de una estructura de soporte que ayuda a soportar su peso y permite que la rata se mueva. La cabeza de la rata entra en el anillo, que contiene detectores y componentes electrónicos.
La clave para miniaturizar el dispositivo, dice Schlyer, fue integrar toda la electrónica de cada detector en el anillo en un solo chip especializado. Un fotodiodo de avalancha también reemplaza los grandes tubos fotomultiplicadores del PET convencional, amplificando las señales emitidas por los químicos etiquetados en el cerebro. Las ratas tardan aproximadamente una hora en aclimatarse y luego comienzan a comportarse normalmente, dice Schlyer. El dispositivo Brookhaven se describe esta semana en la revista. Métodos de la naturaleza .
El grupo de Brookhaven utilizó el escáner para mapear los receptores de dopamina en todo el cerebro de las ratas en movimiento por primera vez. Otros grupos, incluido el de Glimcher, han utilizado previamente sondas invasivas para estudiar los niveles de dopamina en porciones de un milímetro cúbico del cerebro en animales sin ataduras, pero no han podido observar todo el cerebro.
Glimcher describe uno de varios experimentos que podrían realizarse con el dispositivo portátil. Los investigadores saben que los adictos que han completado con éxito la rehabilitación corren un gran riesgo de recaída si visitan los lugares que asocian con la droga, probablemente porque su cerebro ha sido reconfigurado químicamente para responder a estas asociaciones. Glimcher imagina estudios en ratas que mapean la química del cerebro cuando a los animales se les permite decidir si tomar o no una droga, y cuando deambulan por un lugar que han aprendido a asociar con la droga.
Realmente no entendemos tan bien cómo los circuitos en [diferentes partes del cerebro] interactúan en la adicción, dice Glimcher. Incluso para llegar a un lugar donde pueda darles una hipótesis clínica, tenemos que obtener información más básica. Este es el gran avance que podría hacerlo posible.
La PET no se usa tan ampliamente en estudios con personas como otros métodos de neuroimagen debido a la exposición pequeña pero significativa a la radiación que es necesaria. Aún así, los investigadores de Brookhaven dicen que sería posible hacer un escáner PET portátil que quepa dentro de algo parecido a un casco de fútbol americano. Joseph Huston, presidente del Centro de Neurociencias del Comportamiento de la Universidad de Düsseldorf, dice que el grupo Brookhaven ha prestado un servicio increíble a la comunidad de neurociencias en el desarrollo del dispositivo. La rata es el modelo más importante para el cerebro; todo lo básico [que sabemos] sobre el aprendizaje, la alimentación, el miedo, el sexo se basa en el trabajo en la rata.
Schlyer dice que su grupo ha hablado con algunas empresas sobre la concesión de licencias para una versión comercial del dispositivo. Pero por ahora, están planeando principalmente más estudios de comportamiento en su laboratorio. El mapeo de la dopamina en animales despiertos podría proporcionar información sobre una amplia gama de condiciones normales y patológicas, como los problemas de movimiento asociados con la enfermedad de Parkinson. Pero la dopamina es solo una de las muchas sustancias químicas cerebrales que el grupo puede mapear. Schlyer dice que también estudiarán el comportamiento sexual de las ratas.
El grupo también está trabajando en otro instrumento que combina PET con imágenes de resonancia magnética para proporcionar información más rica sobre la estructura y función de los tejidos. Comenzarán un ensayo clínico de este dispositivo en pacientes con cáncer de mama el próximo mes.