Las Chispas de tu Cerebro 3/3

En el artículo pasado, hablé un poco sobre las tecnologías que se han desarrollado en los últimos treinta años, para poder asomarnos dentro de un cerebro funcionando. Pero estas tecnologías son aún más interesantes cuando se les interpreta y se les relaciona con otras ciencias, como la sicología cognitiva o la neurología.

Uno de los primeros estudios realizados, fue el tratar de relacionar diferentes formas de procesar una palabra, con el flujo sanguíneo a diferentes partes del cerebro. En la figura podemos ver los interesantes resultados del grupo del doctor Petersen en 1989.



En un estudio más reciente, publicado por la revista Nature en Marzo de 2009, nos habla sobre la forma en que el cerebro organiza la memoria. Este estudio fue realizado por el grupo del doctor Yasuda, en la universidad de Duke. Para obtener imágenes con mayor resolución, el grupo desarrolla y mantiene su propio equipo basado en una técnica llamada “Fluorescencia Microscópica Avanzada”, una técnica similar a la tomografía por emisión de positrones.

Antes de los estudios de Yasuda y su grupo, era bien sabido en el medio, que el cerebro graba sus memorias mediante patrones específicos de actividad. También se tiene cierta confianza en que la memoria se almacena mediante la unión de sinapsis mediante un proceso llamado “Potenciación a Largo Plazo”, donde la comunicación entre dos neuronas activas, se hace mucho más fuerte.

El hallazgo de Yasuda, es que los patrones específicos para guardar memorias, no son sólo específicos en el espacio, sino también en el tiempo. Es decir, no sólo se conectan ciertas neuronas, sino que se conectan por cierto tiempo. Tenemos una secuencia de conexiones con tiempos específicos y no sólo un patrón de conexiones. Aunque para ser totalmente concluyente, aún faltan más experimentos. Además de quedar varias preguntas en el aire, como la diferencia entre la memoria de corto y largo plazo, la relación entre la memoria que se guarda y las secuencias que vemos, las memorias de diferentes sentidos (vista, oído, etcétera) y muchas otras preguntas aún más perversas… ¿podremos modificar las memorias de un tercero?



Fuentes:
Nature, 458, 296
Nature, 458, 299
Trends in Neurosciences, 32, 2, 118

Las Chispas de tu cerebro (2/3)

Como vimos en el artículo anterior, para que la ciencia pudiera avanzar su entendimiento del cerebro, era necesario desarrollar tecnologías que permitieran ver al mismo mientras funcionaba.
La primera tecnología que se desarrollo que fue más bien predecesora de las que usamos actualmente fue conocida como Tomografía Computarizada por rayos X (CT por sus siglas en inglés). Fue desarrollada en 1971 por Godfrey Hounsfield en Londres. El gran logro de la CT fue el dar una imagen tridimensional de un objeto, sin abrirlo. Sin embargo las imágenes no son tan claras y el uso de rayos X siempre ha sido cuestionado. De cualquier manera esta técnica ayudó al desarrollo paralelo de la Resonancia Magnética (MR) y de la Tomografía por Emisión de Positrones (PET).

El cuerpo humano está compuesto de entre 55 y 78 % agua, dependiendo del individuo. En la Resonancia Magnética, se alinea el campo magnético de todas las moléculas de agua del cuerpo, con un campo magnético especialmente fuerte. Una pulsación puede desalinear las moléculas de un sector; dependiendo el tipo de tejido, el agua tarda más o menos en realinearse. Esta técnica permite ver los tipos de tejidos con el mejor contraste. Por otro lado, la MR puede darnos información sobre la química y el metabolismo del organismo si inyectamos ciertos agentes marcadores al paciente. ¡Casi podemos ver lo que está pensando!

Para tener una tomografía (PET) del cerebro, es necesario primero inyectar radioisótopos al paciente. Estos radioisótopos emiten positrones y no afectan en absoluto al funcionamiento del organismo, sólo viajan con la sangre por todo el cuerpo mientras mandan su señal. La máquina de PET recibe los positrones y a partir de ellos reconstruye la imagen tridimensional. Las primeras imágenes cerebrales usando PET, las obtuvo el grupo de Abass Alavi en 1976 en la Universidad de Pensilvania. Al igual que la MR, el PET puede darnos información del metabolismo dependiendo del radioisótopo que usemos.

Entre las imágenes relacionadas con el metabolismo que nos permiten “ver” el PET y la MR, están el flujo de sangre, el uso de glucosa, el uso de oxígeno y la disponibilidad del oxígeno. Una de las primeras grandes revelaciones fue que la zona del cerebro que requería más sangre, tenía más oxígeno disponible y metabolizaba más glucosa, no era la que consumía más oxígeno. ¿Qué actividad tiene cada zona entonces? ¿Para qué llevar más oxígeno si no se va a usar? ¿Qué secreto hay detrás de estas imágenes? Los resultados no siempre han sido los esperados, pero de eso hablaremos en el siguiente artículo de esta seguidilla.



Fuentes y foto:
A brief history of human brain mapping
Marcus E. Raichle
Washington University School of Medicine, 4525 Scott Avenue, St Louis, MO 63110, USA

Las Chispas de tu Cerebro 1/3

Como seres humanos, solemos hacernos preguntas tormentosas como: ¿Qué es la vida? ¿Para qué estamos aquí? ¿Cómo es que existimos? ¿De verdad existimos? ¿Qué queremos decir con “de verdad existimos”? y es entonces cuando empezamos con razonamientos en el límite de la lógica como: Si me quitan un pie, sigo siendo yo… si me quitan una oreja sigo siendo yo… pero… ¿si me quitan el cerebro? Bueno, si me quitan el cerebro me muero… pero… entonces mi existencia radica en el cerebro… ¿o no?... ¿radica en algún lugar? ¿Cómo me conecto al mundo físico en todo caso?

En fin, este tipo de preguntas han hecho que del estudio del cerebro uno de los más polémicos e interesantes. Además, podríamos decir que el cerebro no coopera mucho para que lo entendamos… sus funciones y procesos son mucho más complicados que los de los huesos, los músculos, el corazón o cualquier otro órgano humano.

Si nos detenemos a sentir el cuerpo por un momento, resulta muy evidente que cuando pensamos, tenemos actividad en la cabeza; los griegos decían que era nuestra conexión con el alma. Pero, ¿qué tanto más ha avanzado la ciencia desde ese entonces? En realidad hemos sido lentos.
A finales del sigo xix, el fisiólogo italiano Mosso, notó que las pulsaciones sanguíneas de su paciente incrementaban en la parte derecha pre-frontal de la corteza del cerebro cuando comenzaba o terminaba de hacer cálculos matemáticos. Mosso concluyó que el flujo sanguíneo era necesario para la función cerebral. Sin embargo, estos estudios no se continuaron por alrededor de medio siglo, hasta 1928, cuando un estudio clínico, publicado por John Fulton señalaba que su paciente insistía en escuchar un ruido en la parte posterior de su cabeza cuando veía. Fulton también escuchó el sonido y lo identificó como el que hace la sangre al pasar por un obstáculo. Continuó con sus estudios para percatarse que el sonido aumentaba si el paciente trataba de ver en la oscuridad, pero se mantenía igual si cualquier órgano requería de la sangre. Este experimento reforzó la ahora aceptada teoría de que el flujo sanguíneo está íntimamente relacionado con la actividad cerebral.
El siguiente paso se dio hasta 1944 cuando el científico estadounidense Kety hizo las primeras mediciones cuantitativas del flujo sanguíneo al cerebro. Su método consiste en hacer que el paciente respire una mezcla de oxígeno con algún gas inerte, el cual se queda en la sangre sin consecuencias. Posteriormente se extrae sangre de diferentes puntos y se mide la concentración del gas inerte. Este método daba un gran paso, pero no podía decir nada sobre la zona del cerebro en la que se tenía la actividad cerebral. Fue hasta la década de los 60 cuando el mismo Kety con sus colaboradores suecos Ingvar y Lessen desarrollaron un método para hacer mediciones un poco más localizadas, aunque en no con mucha resolución.

Para poder tener una imagen más clara del flujo sanguíneo en el cerebro, fue necesario que la resonancia magnética y la tomografía (por emisión de positrones) se desarrollaran aproximadamente hace 30 años. Estos desarrollos tecnológicos propulsaron drásticamente las neurociencias. Pero hablaremos de ellos y sus implicaciones en los siguientes artículos.




Fuentes:
THE DETERMINATION OF CEREBRAL BLOOD FLOW IN MAN BY
THE -USE OF NITROIJS OXIDE IN LOW’ CONCENTR~ATTONS1
SEYMOUR S. KETY AND CARL F. SCHMIDT
From the Laboratory of Pharmacology, University of Pennsylvania Medical

A brief history of human brain mapping
Marcus E. Raichle
Washington University School of Medicine, 4525 Scott Avenue, St Louis, MO 63110, USA

Wikipedia/kety