Ingeniería del cerebro

El siglo pasado ha sido testigo de un gran progreso en nuestra comprensión de aquellos aspectos de la computación neuronal que pueden estudiarse mediante la experimentación en una o pocas células, por ejemplo, cómo las sinapsis permiten que una neurona hable con una de sus vecinas. Pero los fenómenos que hicieron que muchos neurocientíficos se interesaran en el cerebro en primer lugar —el aprendizaje, la emoción, la conciencia y trastornos misteriosos como la depresión y la esquizofrenia— siguen siendo difíciles de explicar a través de experimentos en solo una o incluso unas pocas células. Miles o millones de células, computando como un conjunto, son responsables de prácticamente todos nuestros comportamientos, así como de sus alteraciones.

Debido a la complejidad de los circuitos neuronales, la práctica de la neurociencia de sistemas sigue siendo un arte. Más allá de la neurona única, los detalles computacionales siguen siendo confusos para la mayoría de los circuitos neuronales del cerebro.

Esta historia fue parte de nuestro número de marzo de 2007

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Antes de convertirme en neurocientífico, me formé como físico e ingeniero. Así que decidí intentar inventar herramientas para ayudar a resolver los viejos e inflexibles problemas del cerebro normal y patológico. Lancé un nuevo grupo de investigación en el MIT Media Lab para desarrollar tecnologías para controlar la actividad neuronal y usarlas para encontrar y diseñar los elementos del circuito que median estados y comportamientos específicos. También aplicaremos estas tecnologías para diseñar estrategias más específicas y no invasivas para corregir los trastornos cerebrales. Estos esfuerzos pueden permitir a los neurocientíficos comprender mejor los vínculos entre la actividad del circuito neuronal y afecciones como la depresión (ver Control de neuronas).

En 2005, pude, junto con mis colegas del Instituto Max Planck de Biofísica y la Universidad de Stanford, hacer que neuronas específicas dispararan picos precisamente en respuesta a breves pulsos de luz azul, al expresar en las neuronas una proteína de membrana única de color verde. algas (ver Neuronas de encendido artificial, septiembre / octubre de 2006). Mi laboratorio está desarrollando protocolos automatizados para usar esta técnica y otras herramientas de control neuronal que estamos inventando para revelar sistemáticamente los patrones de actividad y comportamiento del circuito que están mediados por una neurona específica o un conjunto de neuronas. También estamos explorando el uso sistemático de tecnologías de control neuronal para corregir los déficits neurológicos y psiquiátricos y mejorar la cognición.

Nuestros cerebros son la interfaz definitiva entre nosotros y el mundo. Diseñar directamente esta interfaz puede brindarnos nuevos conocimientos sobre cómo sentimos las sensaciones, decidir acciones y tomar conciencia de nosotros mismos, y permitir nuevos modos de comunicación, prótesis neurales y aumento cognitivo. La cuestión de cómo experimentamos subjetivamente la realidad es uno de los grandes problemas sin resolver de todos los tiempos y requerirá nuevas herramientas y colaboración entre disciplinas para responder. Creo que en esta búsqueda, las habilidades y esfuerzos de los neuroingenieros serán fundamentales.

Edward Boyden es profesor asistente en el MIT Media Lab, donde dirige el nuevo Laboratorio de Neuroingeniería y Neuromedia.

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