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El mapa de actividad cerebral
Un esfuerzo propuesto para mapear la actividad cerebral a gran escala, que se espera sea anunciado por la Casa Blanca a finales de este mes, podría ayudar a los neurocientíficos a comprender los orígenes de la cognición, la percepción y otros fenómenos. Estas actividades cerebrales no se han entendido bien hasta la fecha, en parte porque surgen de la interacción de grandes conjuntos de neuronas cuyos esfuerzos coordinados los científicos no pueden rastrear actualmente.
Enlaces activos: Una molécula fluorescente en las neuronas del cerebro de un ratón se ilumina cuando las células cerebrales se activan.
Hay todo tipo de herramientas notables para estudiar el mundo microscópico de las células individuales, dice John Donoghue, neurocientífico de Brown y participante en el proyecto. Y en el lado macroscópico, tenemos herramientas como la resonancia magnética y el electroencefalograma que nos informan sobre la función del cerebro y su estructura, pero a baja resolución. Hay una brecha en el medio. Necesitamos registrar muchas, muchas neuronas exactamente como operan con precisión temporal y en grandes áreas, dice.
Un artículo publicado el jueves en Ciencias online amplía los ya ambiciosos objetivos del proyecto más allá de simplemente registrar la actividad de todas las neuronas individuales en un circuito cerebral simultáneamente. Los investigadores también deberían encontrar formas de manipular las neuronas dentro de esos circuitos y comprender la función del circuito a través de nuevos métodos de análisis y modelado de datos, escriben los autores.
Comprender cómo las neuronas se comunican entre sí en grandes regiones del cerebro será fundamental para comprender cómo funciona el cerebro, según los participantes del proyecto. Ya se están realizando otros esfuerzos para trazar un mapa de las conexiones físicas en el cerebro (ver TR10: Conectividad y mapeo del cerebro en una escala masiva), pero estos proyectos analizan cerebros estáticos o solo pueden obtener una visión aproximada de cómo las regiones del cerebro comunicar. El nuevo proyecto probablemente comenzará a aplicar sus tecnologías novedosas y aún desconocidas en cerebros más simples, como los de las moscas, y probablemente tardará décadas en lograr sus objetivos.
Se espera que numerosos líderes de los campos de la neurociencia, la nanotecnología y la biología sintética colaboren en el esfuerzo. Necesitamos algo a gran escala para intentar construir herramientas para el futuro, dice Rafael Yuste , neurobiólogo de la Universidad de Columbia y miembro del proyecto. Nos vemos a nosotros mismos como constructores de herramientas. Creo que podríamos proporcionar a la comunidad científica los métodos que podrían utilizarse para la siguiente etapa de la neurociencia.
Además de profundizar la comprensión fundamental del cerebro, el proyecto también puede conducir a nuevos tratamientos para trastornos psiquiátricos y neurológicos. Si realmente comprendemos cómo surgen cosas como los pensamientos, la cognición y otras características del cerebro, entonces deberíamos comprender mejor los trastornos del estado de ánimo, el Parkinson, la epilepsia y otras afecciones que se cree que surgen de problemas en los circuitos de todo el cerebro, dice Donoghue. .
Se espera que los detalles sobre qué ideas de tecnología recibirán luz verde y cuánto dinero apoyará su desarrollo se revelen en el anuncio de la Casa Blanca que aún está por llegar. Es probable que el proyecto cuente con el apoyo de los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Nacional de Ciencias, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, la Oficina de Política Científica y Tecnológica y fundaciones privadas, dicen los participantes. Todavía no está claro cuánto dinero se necesitará ni a qué tecnologías se les dará prioridad.
Independientemente de las tecnologías que surjan, es probable que intervenga la nanotecnología, en parte debido a la necesidad de sensores más pequeños y rápidos para registrar la actividad neuronal en todo el cerebro. Los sensores existentes pueden registrar la actividad eléctrica de las neuronas, pero estos chips generalmente pueden monitorear menos de 100 neuronas a la vez y no pueden registrar la actividad de las neuronas vecinas, lo que sería necesario para comprender cómo interactúan las neuronas entre sí. Paul Weiss , director del California NanoSystems Institute de la Universidad de California en Los Ángeles, un participante en el proyecto, dice que las técnicas de nanofabricación podrían abordar este problema, con chips más pequeños que lleven sondas eléctricas e incluso químicas más pequeñas. Hemos tenido más de una década una inversión bastante sustancial en ciencia y tecnología para desarrollar la capacidad ... de controlar cómo lo que hacemos interactúa con los mundos químico, físico y biológico, dice.
Las nuevas técnicas ópticas también podrían ayudar al proyecto de cartografía. Actualmente, muchos grupos de investigación utilizan tintes fluorescentes sensibles al calcio para estudiar la activación de las neuronas, pero Yuste quiere desarrollar una técnica óptica que utilice tintes fluorescentes sensibles al voltaje para una lectura más rápida. Las neuronas se comunican usando voltaje, dice. Nos gustaría desarrollar imágenes de voltaje para poder medir la actividad neuronal directamente.
Si bien muchas cosas sobre el proyecto son inciertas, una cosa está clara: habrá muchos datos para almacenar, compartir y analizar. 'Acabamos de empezar a arañar la superficie de cómo se manejan los datos en espacios de alta dimensión', dice Terry Sejnowski, neurocientífico computacional del Instituto Salk. Si estás hablando de un millón de neuronas, nadie puede siquiera imaginar cómo se ve eso, está mucho más allá de lo que podemos percibir en tres dimensiones.
El Ciencias El artículo también esboza una línea de tiempo aproximada. Dentro de cinco años, debería ser posible monitorear decenas de miles de neuronas; en 15 años, un millón de neuronas debería ser posible. El cerebro de una mosca tiene alrededor de 100.000 neuronas, el de un ratón alrededor de 75 millones y el de un humano alrededor de 85 mil millones. Con un millón de neuronas, los científicos podrán evaluar la función de todo el cerebro del pez cebra o de varias áreas de la corteza cerebral del ratón, escriben los autores.