29/Abr/09

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Haciendo ondas con rayos láser en un cerebro

Los investigadores usan rayos láser para inducir ondas cerebrales gamma en ratones

Los científicos han estudiado las ondas cerebrales de alta frecuencia, conocidas como oscilaciones gamma, durante más de 50 años, y las creen cruciales para la conciencia, la atención, el aprendizaje y la memoria. Ahora, por primera vez, investigadores de MIT y sus colegas han encontrado una manera de inducir estas ondas dirigiendo la luz de un rayo láser directamente al cerebro de los ratones.

El trabajo aprovecha una tecnología recientemente desarrollada, conocida como optogenética, que combina la ingeniería genética con la luz para manipular la actividad de células nerviosas individuales. La investigación ayuda a explicar cómo el cerebro produce ondas gamma y proporciona nueva evidencia del rol que juegan al regular las funciones cerebrales, conocimiento que algún día podría conducir a nuevos tratamientos para una gama de desórdenes relacionados con el cerebro.

"Se sabe que las ondas gamma están interrumpidas en las personas con esquizofrenia y otras enfermedades psiquiátricas y neurológicas", dice Li-Huei Tsai, profesora en Picower de Neurociencia e investigadora del Instituto Médico Howard Hughes. "Esta nueva herramienta nos dará una gran oportunidad de sondear la función de estos circuitos".

Tsai fue co-autora de un artículo sobre el trabajo que apareció en la edición del 26 de abril de la revista Nature en línea.

Las oscilaciones gamma reflejan la actividad sincrónica de grandes redes interconectadas de neuronas, que transmiten juntas en frecuencias que van desde 20 a 80 ciclos por segundo. "Se cree que estas oscilaciones son controladas por una específica clase de células inhibitorias conocidas como interneuronas "fast-spike", dice Jessica Cardin, co-autora principal del estudio y un colega postdoctoral en el Instituto McGovern para Investigación Cerebral del MIT. "Pero hasta ahora, una prueba directa de esta idea no era posible".

Para determinar qué neuronas son responsables de activar las oscilaciones, los investigadores usaron una proteína llamada canal-rodopsina-2 (ChR2), que puede sensibilizar las neuronas a la luz. "Al combinar varios trucos genéticos, pudimos expresar la ChR2 en diferentes clases de neuronas, y nos permitió manipular su actividad con el tiempo preciso por medio de un rayo láser y una fibra óptica sobre el cerebro", explica Marie Carlén, co-autora principal y becaria posdoctoral en el Instituto Picower.

El truco para inducir ondas gamma era la activación selectiva de las interneuronas "fast-spike", llamadas así por su patrón característico de actividad eléctrica. Cuando estas células eran activadas por pulsos láser de alta frecuencia, la región iluminada de la corteza empezó a producir oscilaciones gamma. "Hemos mostrado por primera vez que es posible inducir un específico estado cerebral activando un tipo específico de célula", dice Christopher Moore, co-autor, profesor adjunto de neurociencia e investigador en el Instituto McGovern. En contraste, no se produjo ninguna oscilación gamma cuando las interneuronas "fast-spike" fueron activados en bajas frecuencias, o cuando fue activada una clase diferente de neuronas.

Los autores además mostraron que estos ritmos cerebrales regulaban el procesamiento de señales sensoriales. Descubrieron que la respuesta del cerebro a un estímulo táctil era mayor o menor dependiendo de dónde ocurrió exactamente el estímulo dentro del ciclo de oscilación. "Esto respalda la idea de que estas oscilaciones sincrónicas son importantes para controlar cómo percibimos los estímulos", dice Moore. "Los ritmos gamma podrían servir para hacer un sonido más fuerte, o una imagen más brillante, todo basado en cómo estos patrones regulan circuitos cerebrales".

Porque este nuevo enfoque requería una fusión de experiencia en neurociencia y genética molecular, tres laboratorios diferentes contribuyeron a su terminación. Además de Tsai, Moore y Carlén del MIT, otros co-autores son Jessica Cardin, afiliada de investigación en el Instituto McGovern y la University of Pennsylvania, y Karl Deisseroth y Feng Zhang de la Stanford University. Otros coautores fueron Konstantinos Meletis, becario postdoctoral en el Instituto Picower, y Ulf Knoblich, estudiante postgraduado en el Departamento de Ciencias del Cerebro y Ciencias Cognitivas del MIT.

Fuente: MIT. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard