La sonda de nanotubos ofrece una visión de la actividad cerebral de una sola neurona

Una pequeña lanza hecha de nanotubos de carbono puede sondear la actividad eléctrica interna de una sola neurona, lo que brinda a los investigadores una visión más refinada de cómo las células cerebrales responden a las señales de sus células vecinas. Sondear el cerebro con esta resolución podría ser vital para los esfuerzos por comprender y mapear su función con nuevos detalles (ver Por qué es importante el proyecto de mapeo cerebral de Obama).

Enganchar: Una micrografía muestra un nuevo electrodo cerebral que es lo suficientemente delgado y largo para registrar desde el interior de una sola neurona.

Los arpones de neuronas tienen solo de 5 a 10 micrómetros de ancho y pueden perforar una célula viva para medir los cambios eléctricos asociados con la señalización neuronal. En cortes disecados de tejido cerebral de ratón aún activo, los investigadores de la Universidad de Duke pudieron registrar desde el interior de una sola neurona a la vez.

Hasta donde sabemos, nuestro artículo muestra el primer registro intracelular con nanotubos de carbono de neuronas de vertebrados, dice Bruce Donald , bioquímico e informático de la Universidad de Duke y autor de la estudio, que fue publicado en Más uno El miércoles.

Los nanotubos de carbono tienen muchas propiedades deseables para las grabaciones cerebrales, dice Donald: son fuertes, son compatibles con los tejidos corporales y conducen bien la electricidad. Pero los dispositivos anteriores construidos a partir de nanotubos de carbono eran demasiado cortos o anchos para ser adecuados para grabar dentro de las células. Sin embargo, las sondas construidas por los investigadores de Duke tenían alrededor de un milímetro de largo y se prestaban para monitorear la actividad eléctrica con mayor precisión que las configuraciones típicas de electrodos de vidrio o metal.

Extremo afilado: El arpón neurológico llega a un punto muy fino.

El equipo pudo detectar pequeños cambios en la actividad eléctrica de la célula, cambios correspondientes a las señales de entrada que la neurona recibía de otras neuronas. Una neurona cortical promedio puede recibir señales de alrededor de 10,000 otras neuronas, dice Richard Mooney , neurocientífico de la Universidad de Duke y autor del estudio. Individualmente, esos generan señales muy pequeñas, dice. En conjunto, la neurona receptora calcula la colección de señales mientras decide si disparar o no.

Las grabaciones intracelulares podrían ser útiles para mapear las conexiones funcionales entre neuronas, un objetivo de la iniciativa BRAIN lanzada recientemente (ver The Brain Activity Map). Al poder mirar dentro de la celda y medir pequeños cambios de voltaje, obtiene acceso a la red que habla con esa celda, dice Mooney.

Los investigadores utilizaron una técnica inteligente para construir su dispositivo, dice Takashi Kozai , un ingeniero neuronal que no participó en el estudio. Comenzando en la punta de un alambre de tungsteno, construyeron una sonda larga con forma de aguja hecha de nanotubos de carbono enredados. Luego, recubrieron la sonda con un material aislante y usaron un haz de iones enfocado para bombardear la punta, quitando el aislamiento de esa área y afeitándolo hasta una punta fina.

Con esta técnica, puede hacer [sondas] todo el tiempo que desee, dice Kozai, quien también está desarrollando electrodos microscópicos para registrar la actividad neuronal (consulte Un microhilo de carbono que hace contacto con la mente). El trabajo prepara el escenario para fabricar dispositivos aún más estrechos, tal vez del orden de 100 nanómetros en lugar de micrones, dice.

Además de cortes de cerebro disecados, el equipo probó su electrodo delgado en ratones anestesiados, aunque no pudieron obtener grabaciones del interior de las células cerebrales de estos animales. Sin embargo, si las versiones futuras de la punta de los nanotubos son aún más afiladas, es posible que puedan perforar mejor las células en cerebros blandos y esponjosos, dice Kozai. Si eso es posible, y si el dispositivo se mantiene estable en los cerebros vivos a lo largo del tiempo, podría ayudar a los investigadores a explorar cómo aprende y recuerda el cerebro vivo.

Si pueden registrar de forma estable desde la misma célula de forma longitudinal, dice Kozai, podría aplicarse para mapear cómo cambian las neuronas durante la formación de la memoria y el aprendizaje.

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