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Investigadores crean un dispositivo para controlar neuronas de manera inalámbrica

Los científicos han utilizado materiales blandos en la construcción de un implante de cerebro que tiene un décimo del espesor de un cabello humano y que puede controlar neuronas de forma inalámbrica, encendiendo luces e inyectando drogas

Los científicos han demostrado en un estudio que pueden determinar por control inalámbrico la dirección de avance de un ratón con sólo pulsar un botón. Investigadores de la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis y la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, crearon un implante de tejido de nueva generación con control inalámbrico que permite a los neurocientíficos inyectar drogas y encender luces en las neuronas profundas en los cerebros de los ratones. El revolucionario dispositivo es descrito en línea en la revista Cell. Su desarrollo fue parcialmente financiado por los Institutos Nacionales de Salud de EEUU.

«Esto abre un mundo de posibilidades para los científicos que estudian los circuitos cerebrales funcionando en un entorno más natural», dice Michael R. Bruchas, Ph.D., profesor asociado de anestesiología y neurobiología en la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington y autor principal del estudio.

El laboratorio Bruchas estudia circuitos que controlan una variedad de trastornos, incluyendo el estrés, la depresión, la adicción y dolor. Por lo general, los científicos que estudian estos circuitos tienen que elegir entre inyectar drogas a través de relativamente voluminosos tubos de metal, y aplicar luz a través de cables de fibra óptica. Ambas opciones requieren cirugía que puede dañar partes del cerebro, e introducir condiciones experimentales que dificultan los movimientos naturales de los animales.

Para abordar estas cuestiones, Jae-Woong Jeong, Ph.D., bioingeniero antes en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, trabajó con Jordan G. McCall, Ph.D., un estudiante graduado en el laboratorio Bruchas, para construir un implante optofluídico controlable a distancia. El dispositivo está hecho de materiales blandos que tienen una décima parte del diámetro de un cabello humano y pueden entregar simultáneamente medicamentos y luces.

«Utilizamos poderosas estrategias de nano-fabricación para crear un implante que nos permite penetrar en el interior del cerebro con daños mínimos», dijo John A. Rogers, Ph.D., profesor de ciencia de los materiales e ingeniería de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y autor principal. «Los dispositivos ultraminiaturizados como éste tienen un enorme potencial para la ciencia y la medicina.»

Con un espesor de 80 micrómetros y un ancho de 500 micrómetros, el implante optofluídico es más delgado que los tubos de metal, o cánulas, que los científicos utilizan típicamente para inyectar drogas. Cuando los científicos compararon el implante con una cánula típica encontraron que el implante daña y desplaza mucho menos tejido cerebral.

Los científicos probaron la capacidad de suministro de fármaco del dispositivo colocándolo quirúrgicamente en el cerebro de ratones. En algunos experimentos, demostraron que podían mapear los circuitos con precisión usando el implante para inyectar virus que marcar las células con colorantes genéticos. En otros experimentos, hicieron que los ratones caminen en círculos por medio de la inyección de un fármaco que imita la morfina en el área ventral tegmental (VTA), una región que controla la motivación y la adicción.

Los investigadores también probaron la capacidad combinanda del dispositivo de aplicar luz y medicamentos al hacer que ratones que tenían neuronas VTA sensibles a la luz se quedaran a un lado de una jaula comandando el implante para aplicar pulsos láser sobre las células. Los ratones perdieron esa preferencia cuando los científicos hicieron que el dispositivo inyectase simultáneamente un fármaco que bloquea la comunicación neuronal. En todos los experimentos, los ratones estaban a cerca de un metro de distancia de la antena de comandos.

«Este es el tipo de desarrollo revolucionario de herramientas que necesitan los neurocientíficos para mapear la actividad del circuito cerebral», dijo James Gnadt, Ph.D., director del programa en el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos del NIH y Accidentes Cerebrovasculares (NINDS). «Está en consonancia con los objetivos de la Iniciativa BRAIN de NIH.»

Los investigadores fabricaron el implante utilizando técnicas de fabricación de chips semiconductores de computadora. Tiene espacio para hasta cuatro medicamentos y tiene cuatro diodos emisores de luz inorgánicos a microescala. Se les instaló un material expandible en la parte inferior de los depósitos de fármaco para controlar la aplicación. Cuando se eleva la temperatura en un calentador eléctrico debajo del depósito, la parte inferior se expande rápidamente y empuja el fármaco hacia el cerebro.

«Probamos al menos 30 prototipos diferentes antes de que uno finalmente funcionara», dijo el Dr. McCall.

 

 

«Esto fue un verdadero esfuerzo interdisciplinario», dijo el Dr. Jeong, quien ahora es profesor asistente de ingeniería eléctrica, computación y energía en la Universidad de Colorado en Boulder. «Tratamos de diseñar el implante para satisfacer algunas de las mayores necesidades insatisfechas de las neurociencias».

En el estudio, los científicos proporcionan instrucciones detalladas para la fabricación del implante.

«Una herramienta sólo es buena si se usa,» dijo el Dr. Bruchas. «Creemos que un enfoque de la neurociencia en un proceso abierto, con fondos aportados grupalmente (crowdsourcing), es una gran manera de llegar a entender la circuitería de un cerebro normal y saludable.»

Fuente: Eurekalert, Scicasts y otros sitios. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Un dispositivo computacional orgánico con múltiples cerebros interconectados

Un grupo de científicos del Centro Médico de la Universidad de Duke, dirigido por el neurobiólogo Miguel Nicolelis, ha logrado lo que podría parecer imposible. A este logro lo han bautizado como Brainet, y se trata de una red compuesta por el cerebro de un grupo de monos, y en otro experimento de cuatro ratas

El equipo demuestra los avances en la interconexión de varios cerebros para resolver una tarea. Imagine un futuro en el que usted y varios miembros de su equipo de trabajo se conectan a una red mediante un lector de señal cerebral y colaboran para resolver una tarea. Este escenario de ciencia ficción está un pasito más cerca gracias al doble trabajo presentado esta semana por el neurocientífico de origen brasileño Miguel Nicolelis, en el que demuestra que monitorizando e interconectando la actividad cerebral de monos y ratas su equipo es capaz de que la suma de esfuerzos obtenga mejores resultados que los individuos.

Todo gracias al papel de los brainets. Como argumenta el principal autor y coordinador de los dos estudios publicados esta semana en la revista Scientific Reports, Miguel Nicolelis, «son redes formadas por múltiples cerebros animales que intercambian información en tiempo real mediante interfaces introducidos en sus cerebros».

Ambas líneas de investigación del «grupo de Miguel Nicolelis, uno de los pioneros en este campo, son muy interesantes ya que introducen un nuevo paradigma en el campo de las interfaces «cerebro-computador» o «cerebro-máquina», que implica la posibilidad de utilizar simultáneamente la actividad del cerebro de varios animales para realizar una tarea concreta», apunta Eduardo Fernández, del grupo de neuroingeniería biomédica de la Universidad Miguel Hernández de Alicante.

Con la implantación de microelectrodos en sus cortezas motoras y somatosensoriales (una parte del cerebro que se encuentra relacionada con el procesamiento de la información del tacto, de la posición del cuerpo, etc) se registraba simultáneamente y en tiempo real la actividad eléctrica extracelular que generaban las neuronas corticales. Esta información se intercambiaba entre las cortezas somatosensoriales del resto de los animales. La comunicación incluye datos táctiles, sobre la predicción del tiempo, el procesamiento de imágenes…

Tal es el potencial, señalan los responsables de la investigación, que «proponemos el uso de los brainets para investigar las bases neurofisiológicas de las interacciones sociales de los animales y el comportamiento del grupo».

Desde que estos investigadores propusieron hace varios años la posibilidad de poner en marcha interfaces en varios cerebros que se comunican entre sí, otros trabajos han probado la transmisión de información entre roedores, entre un humano y un roedor, y entre seres humanos. Nicolelis y su equipo ha demostrado que incluso entre tres monos y entre cuatro roedores, esta red de conexión eléctrica permite llevar a cabo tareas motoras en colaboración, como los movimientos en 3D del brazo de un avatar virtual en una pantalla digital localizada frente a ellos.

En el caso de los monos, por ejemplo, cada uno producía desplazamientos en subespacios (XY, YZ o XZ). Con el entrenamiento a largo plazo se observó una mayor coordinación del comportamiento y «aumentamos las correlaciones en la actividad neuronal entre los diferentes cerebros», explica el artículo. Es decir, los brainets logran integrar los cerebros de varios animales para lograr una meta común». Y aún más: «estas redes cerebrales podrían superar incluso el rendimiento individual del cerebro». Una hipótesis que se comprobó en ambos estudios, tanto en los monos como en los roedores.

En el trabajo de las ratas, señala Fernández al comentar el estudio, «los investigadores demuestran que sus cerebros son capaces de colaborar para resolver tareas concretas, funcionando como una especie de red neuronal única y sugieren que este nuevo tipo de procesamiento, que implica la utilización de manera simultánea y conjunta del cerebro de varios animales, es capaz de resolver problemas complejos a nivel computacional, relacionados por ejemplo con el procesamiento de imagen, tareas de clasificación, etc.

Los interfaces que logran la transferencia de información entre los cerebros y un ordenador permiten a los animales utilizar sus señales cerebrales para controlar directamente los movimientos de dispositivos artificiales, como podrían ser brazos robóticos, exoesqueletos o avatares virtuales.

«Esta es la primera demostración del éxito de una interfaz cerebro-máquina compartida entre varios sujetos», remarca Nicolelis, del Centro de Neuroingeniería en la Escuela de Medicina de la Universidad de Duke. «Prevemos que pronto podría trasladarse a la práctica clínica». De hecho, este equipo está trabajando actualmente en el diseño de un brainet humano no invasivo para el entrenamiento neuro-rehabilitador para pacientes paralizados.

 

 

La optimista visión de este estudio no lo sería tanto sin «el entrenamiento de los animales para aprender a sincronizar su actividad con otras ratas», aclara Nicolelis. Además, tenían que estar totalmente despiertos, con la expectativa de ser recompensados por el desempeño correcto.

Por otro lado, y como habían propuesto los autores previamente, «los resultados pueden mejorarse aumentando el número de nodos en la red y el tamaño de conjuntos neuronales utilizados para procesar y transferir información». Como expone el experto español, «actualmente estamos en una fase muy preliminar de este tipo de investigaciones».

Publicación de origen: Building an organic computing device with multiple interconnected brains y Computing Arm Movements with a Monkey Brainet

Fuente: Varios medios. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Conectados a la tecnología y desconectados de la vida real, ¿problema o progreso?

«Para mucha gente joven, lo que está ocurriendo en sus pantallas es más importante que lo que pasa justo a su lado, si bien la mayoría está conectada con gente que conoce en el mundo real»

«Alone together«. Juntos, pero solos. Es el término acuñado para definir la nueva dimensión relacional del hombre que traen consigo los jóvenes. Lo vemos a cada momento en esta vida mediada por internet: ocupamos un espacio físico, pero nuestra atención está en nuestra pantalla.

Aún gran parte de la sociedad ha vivido de otra manera y podría reflexionar sobre el cambio, pero para los adolescentes es natural estar en dos realidades a la vez. Ahora bien, son «más superficiales», advierte el filósofo José Antonio Marina. «La ausencia de pensamiento crítico razonado es preocupante», afirma.

«Para mucha gente joven lo que está ocurriendo en sus pantallas es más importante que lo que pasa justo a su lado, si bien la mayoría está conectada con gente que conoce en el mundo real», señala Carrie James, investigadora de la conducta juvenil en internet, que ha publicado un libro llamado Desconectados. Pero, lejos de darle la espalda desde el mundo adulto, en su opinión, debemos hacer por acercarlo, «por ejemplo, en la escuela, donde puede utilizar mucho contenido que los jóvenes comparten en las redes».

«Recuerdo cuando era difícil no saludar al llegar a un sitio», decía el australiano Brendan Spillane durante el Congreso Internacional de Pensamiento (ICOT), que se acaba de celebrar en Bilbao con la participación de grandes expertos que han reflexionado sobre los desafíos del llamado Homo digitalis. Spillane cree que «nos echamos de menos los unos a los otros» y que debemos preguntarnos «hasta qué punto queremos ser aumentados o modificados por la tecnología». ¿Nos dejamos algo por el camino?

James, miembro del Proyecto Zero de Harvard, ha detectado que, si bien internet pone a nuestra disposición un mundo de conocimiento muy amplio, «la inclinación de los jóvenes es a pensar de manera muy estrecha, a centrarse en ellos mismos y en gente muy cercana, conocida en la vida real».

Miedo a quedarse fuera

Otro factor destacable es la dependencia de esa vida paralela en las redes sociales. En EEUU un sondeo reveló que muchos jóvenes estaban «exhaustos» por el uso de las redes sociales, pero sentían que no tenían otra opción. Le llaman FOMO: Fear of Missing Out, o miedo a perdérselo, a quedarse fuera.

A muchos les causa una presión tal que duermen con el móvil bajo la almohada. «Son capaces de ver que no es bueno, pero no pueden parar. Es como una adicción«, describe la investigadora. «Es muy importante para su identidad. Todo el mundo está ahí. Si estás fuera estás perdido. Si no estás y alguien publica algo sobre ti, no puedes responder. Es como un trabajo a tiempo completo». Y admite: «Es perder el control sobre la propia vida».

Tanto es así que algunos jóvenes y adultos van a campamentos sin tecnología, que les obligan a relacionarse cara a cara nada más. ¿Nos volvemos más incompetentes para sociabilizar en la vida real, cara a cara? «Absolutamente», contesta. Y pone el ejemplo de las apps que existen para conocer gente y romper. «Externalizan» la comunicación en las relaciones íntimas.

«Ceguera ética»

La investigación de James profundiza en la modificación de los valores éticos de los jóvenes en la red y ha detectado en muchos de ellos lo que denomina «ceguera ética» en algunos puntos, como por ejemplo, en relación con la piratería, la descarga de archivos ajenos o el copy/paste. Muchos jóvenes, cuando se les pregunta si les preocupaba esa conducta, responden que sólo en cuanto a la posible entrada de virus en el ordenador. Nada más. «Sienten demasiado lejano» al autor y, por tanto, los efectos que pueda causar lo que hagan con su obra.

También en EEUU una encuesta reveló que a la gente le preocupaba menos hacer un copy/paste de internet que hacerlo de un libro. «Les parecía diferente».

El profesor Gabriel Bailly-Bailliere, coordinador TIC del grupo educativo COAS, explica cómo han tenido que modificar su programa de Educación en Valores para abordar todo este tipo de actitudes y conductas. En ese caso, «se les explica a los alumnos, con casos prácticos, que está muy bien que el conocimiento esté compartido, pero si quieren usarlo deben citar la fuente».

Sobre la diferencia entre el contenido material y en red, el consultor de innovación educativa Ewan MacIntosh cuenta una experiencia bien distinta: su empresa llevó a cabo un proyecto para trabajar la creatividad con niños de un hospital y encontró que, si bien todos los trabajos se hicieron con tecnología mediante, los niños se sentían orgullosos del resultado cuando se imprimió en revistas de papel, pero no sentían tanta emoción con lo que se publicaba en formato digital. El niño, pese a vivir de manera natural en un entorno digital, se vinculaba más intensamente con lo tangible. En opinión de MacIntosh, al menos el sector educativo ha convertido la tecnología en un fetiche. En muchos ámbitos, acabamos usándola porque nos viene impuesta.

Volviendo a la Ética, Carrie James admite que el uso de la tecnología «nos aleja de valores comúnmente aceptados hasta ahora, pero no tendría que ser así por la tecnología. La tecnología no lo causa. Dificulta el pensamiento ético. Pero la causa principal es que la gente joven no se para a pensar: ¿debería hacer esto?»

Por suerte, ella ve adolescentes que empiezan a ser conscientes de algunos problemas éticos, sobre todo en relación con la privacidad y se ponen de acuerdo en no compartir fotos, por ejemplo.

Mayor participación

Pero James incide también en qué sentido la tecnología está teniendo efectos positivos. Al menos entre los jóvenes está contribuyendo a aumentar su participación social y política. En opinión de José Antonio Marina, que también lo ha comprobado, eso viene favorecido por el anonimato que favorece la red, pero duda de que, si tuvieran que implicarse personal y directamente en una causa, fueran igual de activos.

La investigación de la estadounidense ha descubierto cómo últimamente los jóvenes empiezan a cortarse más a la hora de expresarse por miedo a cómo sus opiniones puedan afectarles en el acceso a un trabajo o a la universidad.

El trabajo

En la vida laboral, es obvio cómo la tecnología nos ha cambiado: el trabajo va en nuestro bolsillo, está en la mesa mientras cenamos, incluso en la mesilla de noche. Pero hay algo en lo que todavía los aparatos son secundarios. Según la reflexión de MacIntosh, cuando el hombre tiene que crear algo grande, algo importante —sobre todo en el mundo del diseño y la publicidad—, se reúne con otras personas en una sala grande con pizarras llenas de notas y paredes llenas de postits. En la escuela, asegura, eso también funciona mucho mejor que la tecnología para implicar a los alumnos en el proceso de cualquier cosa. En cambio, Carrie James cree que las nuevas generaciones no necesitarán tanto esos espacios físicos y podrán resolver cualquier proceso creativo y discursivo en los espacios virtuales que crea la tecnología.

La información

Nuestra relación con la información es otra de las cosas que ha cambiado. El neuropsicólogo americano Robert Swartz, fundador del Congreso Internacional de Pensamiento, observa que la tecnología per se «no ha cambiado el funcionamiento de nuestro cerebro». Pero la disponibilidad de información sí ha modificado nuestras actuaciones y actitudes en relación con ella.

Antes, la información había que buscarla y ello implicaba tiempo y, a veces, desplazamientos. «Ahora llega a nosotros de manera muy rápida». «En Google tienes varias opciones y saltas de una a otra rápidamente», dice. Eso, asegura, «ha cambiado el hábito que teníamos de leer, parar de leer y pensar en lo que uno está leyendo». «No se procesa la información tan bien. La tendencia es a absorber sin pensar. No te das cuenta de si eso es lo que necesitas saber, o de si es una información precisa. Lo aceptas sin hacerte preguntas».

Swartz, fundador del National Center for Teaching Thinking de EEUU, también destaca que ahora «almacenamos mucha menos cantidad de información» porque su disponibilidad hace innecesaria su retención.

Hace una semana, el filósofo Emilio Lledó advertía en estas páginas sobre cómo «la utilización de pequeñas informaciones puntuales nos hace sentir informados». Si confundimos eso con el conocimiento, «podemos volver a la caverna de Platón», alertaba el académico.

 

 

¿Es la pantalla la pared de la cueva platónica? ¿Lo que vivimos a través de ella son sombras? Porque para los jóvenes, como apunta James, es la realidad pura y dura.

En lo que coinciden los investigadores y pensadores consultados es en que la puerta por la que entrar y salir de la hipotética caverna viene determinada por nuestra capacidad de reflexión, de ser críticos, de cuestionar y de frenar, a través de todo eso, la creciente impulsividad e instantaneidad de las cosas que hacemos y decimos.

Fuente: El Mundo y otros medios en Internet. Aportado por Eduardo J. Carletti

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