Una nueva clasificación de neuronas agilizará la investigación en Neurociencia

Fuente: 20minutos.

Los principales expertos en neuroanatomía del mundo están participando en un proyecto que pretende una nueva clasificación de las células del cerebro, según recoge Tendencias 21.
En la actualidad los diferentes grupos de investigadores utilizan terminologías diferentes. A través de una web desarrollada en la Facultad de Informática de la Universidad Politécnica de Madrid, los expertos reclasifican las neuronas. Los datos son analizados estadísticamente y un sistema informático determina las concordancias, propiciando así un nuevo consenso en la comunidad científica que será determinante en las investigaciones neurológicas. Por Eduardo Martínez.
Las neuronas son células especializadas en la recepción de estímulos y conducción del impulso nervioso. Se estima que alrededor de 100.000 millones de neuronas pueblan el cerebro humano.
Las neuronas se clasifican según su morfología, pero en la actualidad la clasificación de estas células es confusa, ya que no existe una nomenclatura consensuada y cada grupo de investigación utiliza terminologías diferentes.
Para superar esta dificultad, los investigadores de la Facultad han concebido lo que llaman la clasificación del jardinero. Pretenden con este sistema simplificar y precisar la denominación de un heterogéneo grupo de neuronas con el apoyo de una veintena de expertos mundiales, todos ellos científicos especializados en neuroanatomía.
Las neuronas seleccionadas se han extraído de una base más amplia, de cinco mil células cerebrales, que se ha ido construyendo con la ayuda de 20 laboratorios distribuidos por todo el mundo, y en la que se han detectado confusiones semánticas que dificultan la investigación médica.
El 'ejemplo del jardinero'
El ejemplo del jardinero es bastante elocuente: conoce perfectamente las flores de su jardín, pero no está interesado en su nomenclatura científica, sencillamente porque no la necesita para realizar su trabajo.
Esta es la filosofía que persigue el Gardener Neuroclassificator: simplificar la clasificación de neuronas y lograr de esta forma una mayor eficacia en la utilización del conocimiento de estas células cerebrales.
Para conseguirlo, los neurocientíficos pueden acceder a la web habilitada para tal efecto y explorar cada una de las 320 neuronas seleccionadas y señalar la denominación que consideran adecuada atendiendo a una serie de características de su forma tridimensional, pudiendo proponer nuevos nombres con los que podría trabajarse en el futuro.
Análisis estadístico
Una vez realizada esta labor, el equipo de la Facultad analiza estadísticamente los datos y determina las concordancias que se han establecido para la nueva clasificación por parte de los expertos consultados.
El resultado esperado es demostrar a la comunidad científica, por un lado, que existen desacuerdos respecto a las denominaciones actuales de neuronas, y por otro lado, que es posible consensuar una nueva terminología, menos ambiciosa pero más práctica, de un amplio conjunto de neuronas muy diversas.
La nueva clasificación de neuronas, denominada Gardener Neuroclassificator, ha sido concebida por el neuroanatomista Javier de Felipe, coordinador del proyecto Cajal Blue Brain que pretende modelizar el cerebro con, entre otros, fines médicos.
El soporte informático de esta iniciativa, que implica la visualización en 3D de las neuronas seleccionadas, el desarrollo de la herramienta que permitirá un nuevo consenso científico sobre la clasificación de células cerebrales, y el análisis estadístico de los datos acumulados, ha sido desarrollado por los investigadores de la Facultad de Informática Pedro Larrañaga y Concha Bielza, el doctorando Pedro Luis López Cruz, así como por Ruth Benavides-Piccione, del Instituto Cajal-CSIC.
El proyecto se ha iniciado en enero de este año y en la actualidad se está desarrollando la fase de adquisición de datos, recabando la información sobre las 320 clasificaciones realizadas por los expertos internacionales. A finales de este año se espera que la comunidad científica disponga de un nuevo consenso sobre la clasificación de neuronas del cerebro de los mamíferos que agilizará la investigación en Neurociencia.

Un grupo de científicos fabrica las primeras neuronas artificiales

Fuente: Publico.

Los circuitos de proceso de datos en los ordenadores son estáticos. Como ventaja comparativa, en nuestro cerebro, estos mismos circuitos de procesamiento de información --las neuronas-- evolucionan continuamente para resolver problemas complejos. El trabajo se describe en la publicación Nature Physics.
Ahora, un equipo internacional de investigadores del National Institute of Information and Comunication Technology, de Japón, y la Universidad Tecnológica de Michigan ha creado un proceso similar de evolución en el circuito de una base orgánica molecular que puede resolver problemas complejos. Esta es la primera vez que se produce un circuito evolutivo a semejanza de los que forman el cerebro.
Su procesador puede producir soluciones a problemas cuyos algoritmos resultan desconocidos en los ordenadores, como las predicciones de desastres naturales o brotes de enfermedades. Para probar esta característica única, han imitado dos fenómenos naturales en la base molecular: la difusión del calor y la evolución de las células cancerosas.
Por si fuera poco, este procesador molecular se cura o repara si hay un defecto. Esta notable propiedad de auto-sanación proviene de la capacidad de autoorganización de la molécula. Ningún equipo existente producido por el hombre tiene esta propiedad, pero este particular cerebro de diseño lo hace: si una neurona muere, otra neurona se hace cargo de su función.

"La empatía y la violencia se deben a las mismas neuronas"

Fuente: Publico.

El neurocientífico italiano Marco Iacoboni ha conseguido fotografiar por primera vez su mayor objeto de deseo: una neurona espejo humana. Desde su laboratorio en la Universidad de California en Los Ángeles estudia cómo estas células regulan la imitación, el aprendizaje y la empatía. También es un activo divulgador. Su libro Las neuronas espejo (Katz) se ha publicado recientemente en España, donde está de visita para explicar sus hallazgos que, para él, significan una revolución capaz de mejorar el tratamiento del autismo y hasta conseguir una sociedad con más empatía.

¿Qué están haciendo nuestras neuronas espejo ahora mismo?

Mientras le miro, mis neuronas espejo que controlan las expresiones faciales están activándose a pesar de que mi expresión no cambie. Estas células controlan el movimiento de la cara o la mano, pero también un grupo especial se enciende cuando veo a otras personas realizar esas acciones. Esto supone una revolución sobre lo que sabíamos del cerebro. Antes pensábamos que había partes del cerebro que controlaban los músculos, otras que ven, otras que procesan sonidos, y todas repartidas en pequeños departamentos. Ahora sabemos que las neuronas que se encienden cuando cojo una taza de té o cuando le veo a usted cogerla son las mismas. Entienden inmediatamente lo que está haciendo porque imitan en mi cabeza lo que hace.

¿Cómo pasan de la imitación a la empatía o el lenguaje?

Si le veo sonreír, mis neuronas espejo imitan la sonrisa en mi cerebro y mandan señales a los centros emocionales que evocan los sentimientos asociados a la sonrisa. En cuanto al lenguaje, las neuronas espejo se descubrieron por primera vez en una parte del cerebro de un mono homóloga al área humana del lenguaje. La idea es que, antes de que los humanos fuesen capaces de comunicarse con palabras, lo hacían con gestos, algo en lo que las neuronas espejo son muy útiles, pues controlan mis manos y también decodifican los movimientos del otro. Crean una paridad entre nosotros. Después, a través de la evolución, las propiedades de estas neuronas derivaron al lenguaje. Ahora sabemos que las áreas de mi cerebro que se activan mientras hablo se encenderán también mientras le escucho.

¿Son nuestras neuronas espejo diferentes de las de los monos?

Averiguar eso es un gran reto. Para estudiar el cerebro a nivel de cada neurona dependemos de estudios con electrodos insertados en el cerebro. Sólo en ocasiones excepcionales se puede hacer, cuando una persona necesita ser intervenida por razones médicas. Eso es lo que estamos haciendo ahora mismo en mi laboratorio. Hemos encontrado diferencias muy interesantes, aunque aún no están publicadas. Le puedo adelantar que estas células están mucho más extendidas en el cerebro humano que en el de los monos y parecen mucho más flexibles. Es posible que la evolución haya hecho que estas neuronas se esparzan por el cerebro humano y que, por eso, estemos tan inclinados hacia lo social.

¿Si estamos diseñados para la empatía, cómo se explica la violencia?

Desafortunadamente, también se debe a las neuronas espejo. Nos ayudan a imitar. Esto se amplifica cuando hay conflictos, especialmente los étnicos. Puedes no ser un tipo violento, pero si todos los miembros de tu etnia te dicen que hay que exterminar a los rivales, te verás involucrado en una especie de psicología de banda a la que contribuyen las neuronas espejo.

¿Cree que sus descubrimientos pueden enseñar a la gente a entender al otro y no odiarlo?

Sí, esa es una de mis grandes esperanzas. Las neuronas espejo funcionan a un nivel subpersonal, es decir, no somos conscientes de ellas. El ser humano las ha tenido y utilizado durante miles de años sin saber que existían. Ahora lo sabemos, por lo que pasan a un terreno explícito.

¿Ha descubierto alguna conexión nueva con el autismo?

Pensábamos que las personas con autismo, que muchas veces no entienden a los demás o rehuyen comunicarse, no tienen estas neuronas tan activas. Así lo hemos demostrado. Lo mejor es que puedes usar la imitación como una intervención para tratar a estos pacientes y que estos mejoran de la enfermedad. Los estudios más recientes demuestran que cuanto antes comience el tratamiento, mayor es la mejoría.

Algunos expertos dicen que sus estudios sobre el cerebro y la política basados en imágenes por resonancia magnética no son científicos. ¿Qué opina?

Por una parte tienen razón, pues la actividad en una región del cerebro puede estar suscitada por muchas cosas. Por otro lado sabemos que cierta actividad cerebral está relacionada con ciertos estados mentales. Nuestras asunciones se basan en probabilidades. Es probable que sean correctas, pero hay posibilidades de que no sea así. Cualquier herramienta neurocientífica tiene un margen de error. El investigador tiene que conocerlo y estar atento para detectarlo. Pero eso no significa que no puedas inferir nuevas conclusiones sobre el comportamiento complejo usando estas herramientas. ¿Por qué podemos usar la resonancia para estudiar la percepción del color y no para estudiar el pensamiento político?

Habla de las neuronas espejo como una revolución en ciencia. ¿Cree que se las está sobrevalorando?

Las neuronas espejo han cambiado nuestra manera de mirar al cerebro, por lo que ya son una revolución. Puede haber una tendencia, especialmente en los medios de comunicación, a hacer las cosas un poco más dramáticas. ¿Es eso totalmente malo? No lo creo. Simplificar y hacer las historias un poco más dramáticas no es tan malo. Si intentas dar una charla científica a gente común se dormirán en tres minutos. Tienes que captar su atención.

¿Le preocupa que eso exagere la importancia de su trabajo?

Me preocupaba antes. Escribir el libro fue un reto porque estaba más acostumbrado a hablar con mis colegas que con gente corriente. Pero también me iluminó, me ayudó a entender mejor mi trabajo, porque los científicos son muy buenos escondiendo su confusión con jerga científica. Si entiendes bien el mecanismo que estudias, se lo puedes explicar a un niño de cinco años.

¿Cuál será su próxima línea de trabajo?

Queremos estudiar grupos sociales. Cómo es el comportamiento dentro y fuera de ellos. Creemos que hay mucha más actividad de las neuronas espejo dentro de un mismo grupo y queremos saber si eso se puede cambiar para incrementar la empatía entre grupos. A largo plazo, queremos crear una sociedad más empática.

Computadora química que simula neuronas

Fuente: BBC Mundo.

Dio inicio un proyecto europeo para desarrollar una "computadora química" inspirada en los sistemas biológicos del cuerpo humano que simulará las acciones de las neuronas en el cerebro.

La nueva computadora "mojada" incorpora varias propiedades de sistemas químicos recientemente descubiertas que pueden ser utilizadas para crear poder computacional.

El proyecto de US$2,5 millones durará tres años y será financiado por el programa de tecnologías emergentes de la Unión Europea.

Este programa identificó a la computación inspirada biológicamente como un campo particularmente importante y ya se han financiado varios proyectos semejantes.

Pero lo que distingue al nuevo proyecto es que éste utilizará "células" estables que poseen un recubrimiento que se forma espontáneamente, similar a las paredes de nuestras propias células, y utiliza procesos químicos para llevar a cabo un procesamiento de señales similar al de las neuronas humanas.

El objetivo, como le dijo a la BBC Klaus-Peter Zauner, investigador de la Universidad de Southampton, quien colabora en el proyecto, no es crear una computadora mejor que las convencionales sino poder computar en nuevos ambientes.

"El tipo de tecnología 'húmeda' de la información en la que estamos trabajando no tendrá aplicaciones a corto plazo en el desarrollo de programas de software para negocios", afirma el científico.

"Pero abrirá nuevos dominios de aplicaciones donde la actual tecnología de la información no ofrece soluciones, como el control de robots moleculares, control de ensamblajes químicos y fármacos inteligentes que procesen las señales químicas del organismo humano y actúen según el estado bioquímico de la célula", agrega.

Lípidos y líquidos

El enfoque del grupo se basa en dos ideas críticas.

La primera es que las "células" individuales están rodeadas de una pared formada de lípidos que recubren de forma espontánea las "entrañas" líquidas de la célula.

Investigaciones recientes han demostrado que si dos de estas capas lípidas se encuentran cuando las células hacen contacto, una proteína puede formar un camino entre ellas permitiendo el paso de las moléculas de las señales químicas.

La segunda, que el interior de las células puede albergar lo que se conoce como una reacción química Belousov-Zhabotinsky o B-Z.

Las reacciones de este tipo pueden ser iniciadas cambiando la concentración de la bromina en ciertas cantidades.

Estas reacciones son inusuales por varias razones, pero para las aplicaciones de computación lo que es importante es que después de la llegada de una señal química que la inicie, la célula entra en un "período refractario" durante el cual otras señales químicas no influyen en la reacción.

Esto evita que la señal se propague sin control a través de cualquier célula conectada.

Estos sistemas autocontenidos que reaccionan bajo su propia energía química ante un estímulo tienen un análogo en la naturaleza: las neuronas.

"Cada neurona es como una computadora molecular", dice el doctor Zauner.

"La nuestra es una abstracción muy cruda de lo que las neuronas pueden hacer. Pero la esencia de las neuronas es su capacidad de "excitarse"; pueden volver a formarse con una señal y tienen su propio abastecimiento de energía para poder lanzar una nueva señal".

Esta propagación de señales químicas -junto con el "período refractario" que las mantiene contenidas dentro de una célula específica- significa que las células pueden formar redes que funcionan como el cerebro.

Posibilidad real

Frantisek Stepanek, investigador de computación química del Instituto de Tecnología Química de Praga, afirma que trabajar en estas dos ideas juntas es un campo muy prometedor.

"Si un día deseamos construir computadoras con poderes y complejidades similares al cerebro humano, tendremos que hacerlo basándonos en la computación química o molecular", explicó el investigador a la BBC.

"Creo que este proyecto tiene una posibilidad real de llevar la computación química del concepto a la muestra práctica en un prototipo funcional".

Por su parte, el equipo europeo ya está trabajando en la forma de probar esta idea.

"Oficialmente, el proyecto comenzará en febrero", dice el doctor Zauner.

"Pero tenemos tanta curiosidad que ya enviamos algunos lípidos a nuestros colaboradores en Polonia y ellos ya lograron demostrar que las capas lípidas son estables".

Científicos españoles descubren por qué se duplica el ADN en las neuronas

Fuente: ADN.

Un grupo de científicos españoles ha descubierto el mecanismo por el cual se duplica el ADN en algunas neuronas, un proceso que está relacionado con algunas patologías neurodegenerativas como el Alzheimer.

Los investigadores han descrito ese proceso, que origina las llamadas neuronas "tetraploides", unas células nerviosas con doble cantidad de ADN en su núcleo y por lo tanto de mayor tamaño.

Los resultados de esta investigación se han publicado en el último número de la revista Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias de EEUU, ha informado hoy el Consejo Superior de Investigaciones Científicas.

Hasta ahora, la presencia de ese tipo de neuronas de mayor tamaño estaba asociada a errores en el proceso de desarrollo del sistema nervioso.

Un estudio revela que existe un mecanismo molecular programado para la generación de este tipo de células, y aporta nuevos datos sobre el desarrollo del sistema nervioso y sobre el origen de las patologías neurodegenerativas.

La investigación ha sido dirigida por el investigador del CSIC José María Frade, del Instituto Cajal en Madrid, quien ha colaborado con el grupo del científico Antonio de la Hera, del Instituto de Medicina Molecular (un centro mixto del CSIC y la Universidad de Alcalá de Henares).

Según ha explicado Frade, hasta ahora se había asumido que los cambios en la cantidad de ADN en las neuronas se debían a errores sucedidos durante la proliferación de los precursores neuronales, "pero nuestra investigación prueba que existe un programa molecular diseñado para generar neuronas tetraploides que podría participar en procesos degenerativos".

Ha recordado además que la aparición de este tipo de neuronas está relacionado con la enfermedad de Alzheimer.

Los investigadores, ha precisado el CSIC, analizaron el proceso de desarrollo de la retina y observaron que un porcentaje sustancial de las neuronas que originan el nervio óptico sufren, cuando aun son embrionarias, duplicación de ADN en su núcleo.

Muchas de esas neuronas sobreviven en el individuo adulto, al tener bloqueada su división celular, y conforman una población de neuronas de gran tamaño que alcanza una región específica del cerebro.

"A tenor de los resultados de la investigación, es posible que los mecanismos observados durante el desarrollo embrionario puedan tener lugar también en el cerebro adulto, y no sólo durante el crecimiento del sistema nervioso", ha señalado José María Frade.

Así, las neuronas tetraploides serían la consecuencia de la reactivación del ciclo celular en neuronas, un proceso que ha sido observado por múltiples grupos de investigación en todo el mundo y que está asociado a la degeneración cerebral.

57.000 euros para quienes desarrollen la mejor técnica digital para dibujar neuronas

Fuente: 20minutos.

Los desafíos de la neurociencia son múltiples, desde el punto de vista del conocimiento del funcionamiento físico del cerebro humano como desde las consecuencias filosóficas de tales descubrimientos. La técnica de escaneado del cerebro, de mapping de los hemisferios y las zonas que intervienen en las diferentes actividades neuronales son cada vez más sofisticadas, menos abrasivas y mucho más específicas.

Ahora, tres instituciones científicas de Estados Unidos han creado DIADEM, una nueva técnica para informatizar uno de los procesos que aún se llevaban a cabo de forma artesanal: el dibujo de neuronas. Esta técnica obsoleta pervivía hasta ahora entre los neurocientíficos.

"Dibujar a mano las neuronas ha credo un cuello de botella intolerable y está limitando el ritmo de descubrimiento de circuitos neuronales", ha explicado Giorgio A. Ascoli, del Instituto Krasnow de Estudios Avanzados (perteneciente a la Universidad George Mason), informa El Mundo.

El reto de DIADEM es automatizar el proceso de recreación de las neuronas; y para ello ha comenzado un concurso, abierto a cualquier individuo o grupo procedentes tanto del sector privado como de los laboratorios universitarios, que otorgará un premio de 57.000 euros a quienes desarrollen el mejor algoritmo para reproducir un mapa neuronal.

Para comprobar la efectividad del resultado, éste se cotejará con los resultados obtenidos mediante el método tradicional. Los cinco mejores trabajos competirán por el premio final en agosto de 2010 en el campus del Howard Hughes en Ashburn, Virginia.