domingo, 23 de agosto de 2015

¿Activar un recuerdo feliz puede ayudar a combatir la depresión?.




Conocer que mecanismos neurales subyacen tras la depresión, puede ayudar a los investigadores a encontrar soluciones eficaces ante este problema y a mejorar la vida cotidiana de los  seres humanos.




Las células que brillan con un color rojo intenso en esta imagen de hipocampo de ratón,
 son las que se disparan cuando se codifica un recuerdo feliz.


Es posible revertir un estado “depresivo” en roedores utilizando haces de luz que estimulen los clusters de neuronas que parecen almacenar el recuerdo de una experiencia positiva, según informa en un estudio publicado el 17 de junio en la revista Nature, el neurocientífico Susumu Tonegawa y sus colegas en el Instituto de Tecnología de Massachusetts.

 Según Tonegawa, los resultados son preliminares, pero sugieren que en un futuro los trastornos mentales de los seres humanos podrían ser tratados mediante la alteración de las áreas cerebrales involucradas en la  memoria de almacenamiento. Es un estadio muy temprano para generar falsas expectativas a los pacientes, pero, a la vez, muy prometedor.

El laboratorio de Tonegawa ha centrado sus estudios en la localización de engramas – la huella física de una memoria, que se cree codificada en un cluster o núcleo de neuronas-.

Una de las manifestaciones mas claras de la existencia de un engrama la obtuvieron Tonegawa y su equipo en 2012. Diseñaron ratones con proteínas sensibles a la luz que se expresaban cuando las neuronas se disparaban.  A estos ratones se les adiestró para tener miedo de una jaula mediante descargas eléctricas. Los investigadores pudieron registrar que neuronas se activaban cuando se almacenaba este recuerdo. Los investigadores posteriormente utilizaron destellos azules de luz para hacer que las mismas neuronas se dispararan de nuevo – mediante  una técnica conocida como optogenética - y descubrieron que podían hacer que los animales se asustaran al provocar el recuerdo de esta memoria previamente codificada.

Utilizando el mismo método de engrama en ratones, los investigadores fueron capaces de provocar el recuerdo de memorias perdidas, generar falsas memorias e incluso modificar las células de un engrama que codificaba memorias negativas para que en su lugar, almacenara memorias positivas.

En el último trabajo, el grupo de Tonegawa identificó neuronas que se disparaban cuando los ratones macho disfrutaban de una experiencia gratificante: pasar tiempo con un ratón hembra. Luego, los investigadores restringieron el movimiento de los ratones macho durante diez días, para causarles un estado de depresión. Los animales perdieron su preferencia por el agua azucarada sobre el agua natural  - lo que sugiere una pérdida de interés en las experiencias placenteras. Y los animales que habían sufrido el estrés luchaban menos cuando se los levantaba por la cola, un síntoma comúnmente interpretado como una falta de motivación.

Cuando el equipo reactivó las neuronas engrama positivas, estos síntomas se invirtieron en cuestión de minutos. Al principio, los investigadores observaron beneficios sólo de corta duración, que parecían activarse y apagarse con la estimulación por  haces de luz. Pero activando con luz las células-engrama positivas dos veces al día durante cinco días consecutivos se produjeron efectos de duración mas persistente. Para el sexto día, los animales antes "estresados" mostraron una mejor motivación y comportamientos que buscaban el placer, incluso después de que la luz se apagara. "Hemos sido capaces de curar la depresión de los animales", dice Tonegawa, aunque añade que aún no saben cuánto tiempo podría durar el efecto.


¿Es aplicable a seres humanos?


El efecto no parece ser el resultado de simplemente “arañar” los circuitos de recompensa y de la emoción en el cerebro, dice Tonegawa. Los animales “con depresión” a los que se les proporcionó una exposición real a una hembra durante cinco días no mostraron las mejoras producidas por la estimulación cerebral.

Tonegawa especula que el resultado se correlaciona con  la observación de algunas personas con depresión que  luchan para recuperar o disfrutar de experiencias positivas. La estimulación directa de un recuerdo feliz codificado antes de que la depresión comenzara, podría haber ayudado a los ratones a eludir alguna disfunción en el cerebro inducida por la depresión.

Es difícil imaginar cómo las técnicas de activación de neuronas  utilizadas en el estudio del ratón podrían traducirse a los seres humanos. La estimulación optogenética no es factible en la gente, y los implantes profundos para estimular el cerebro, que implican cirugía altamente invasiva, se utilizan únicamente  como último recurso.

Además,  es necesario advertir que cualquier analogía con los seres humanos es totalmente prematura, dada la brecha entre los modelos simples de depresión en  animales y la compleja condición humana. La depresión en los seres humanos es un estado clínico muy heterogéneo. Algunas personas tienen problemas con la motivación y con sentirse recompensados, y otras personas no. Hay que tener cuidado con generalizar teniendo en cuenta  la amplia gama de estados depresivos que pueden experimentar los humanos.

Tonegawa destaca que su trabajo tiene como único objetivo explorar las disfunciones del circuito que subyacen a los trastornos mentales. "Espero que estos estudios de los circuitos neuronales de mapeo sobre donde provocar la activación  tenga un efecto positivo y pueda proporcionar la lógica o el potencial para el desarrollo de futuras terapias".



Estudio original:

http://news.mit.edu/2015/recalling-happier-memories-reverse-depression-0617


miércoles, 12 de agosto de 2015

¿Puede la mente modelarse con simplicidad?




La actual situación del conocimiento de la mente no permite contestar de forma inequívoca a preguntas tales como ¿Dónde está la mente? o ¿Qué es la mente?. Pero sí que nos permite, a través de las certezas que nos proporciona la investigación del sistema nervioso, acercarnos a conjeturar respuestas plausibles a estas cuestiones.

¿En que nos basamos?


Las evidencias actualmente acumuladas por las investigaciones en neurociencia permiten sugerir que la mente se manifiesta a través de procesos físicos ordinarios que se localizan dentro del cuerpo. Las dos principales conjeturas sobre donde se encuentra la mente (en el cuerpo) y que es la mente (procesos físicos, químicos y biológicos normales) tienen crecientes evidencias favorables, pero aun así, se mantienen como hipótesis no confirmadas. Siguiendo con las conjeturas, la mente parece manifestarse dentro del sistema nervioso existente dentro del cuerpo, aunque sin dejar de lado la importancia de las interacciones con el exterior. También existe una gradación en la importancia de las diferentes partes del sistema nervioso en lo que consideramos que forma la mente. El sistema nervioso periférico es importante para canalizar y modular nuestro contacto con el exterior, pero el cerebro, sin duda, es la parte mas importante de la mente. Pero no existe una clara separación entre los componentes del sistema nervioso para configurar la mente, sino mas bien una gradación en la aportación de cada uno de estos componentes e incluso de elementos corporales que ni siquiera pertenecen al sistema nervioso.

Un resumen breve sobre las evidencias que soportan esas conjeturas. La localización y naturaleza de la mente se sustentan en los cambios en la mente que se producen tras daños físicos en el cerebro. Además, los cambios en la función de la mente cambian de pequeños daños cognitivos, a anormalidades profundas en el pensamiento, o a la muerte cerebral, y estos están relacionados, tanto con los lugares anatómicos afectados, como con el mecanismo de los daños físicos producidos.

Además de los efectos negativos de las lesiones, hay evidencias positivas de la participación de las regiones específicas del sistema nervioso en las funciones de la mente a través de multitud de estudios con aparatos de estimulación y registros cerebrales de distintos tipos. Los estudios de lesiones cerebrales y los registros de funciones neurales no vienen únicamente de humanos, sino también de estudios en otros animales. Al respecto de estos estudios, hay otra línea de evidencia que soporta la dependencia de la mente del cerebro por la tendencia evolucionaria paralela entre la complejidad del cerebro y de la mente. No obstante, a pesar de la cantidad de estudios al respecto, todavía existen dudas de si la mente es verdaderamente un proceso físico ordinario que se manifiesta dentro del sistema nervioso.

Quizá la razón para esas dudas persistentes es que muchos procesos de la mente, particularmente ciertos aspectos de la consciencia y las emociones, siguen sin poder explicarse  de forma completa en términos neurofisiológicos.


La conciencia del yo y del entorno


Uno de los grandes misterios que permanecen en la ciencia actual es el mecanismo de nuestra experiencia personal y subjetiva de conciencia.
La consciencia incluye un sustrato o contenido, representado por los sistemas sensorimotores, los sistemas de memoria y los sistemas límbicos, así como los mecanismos del sistema de consciencia para controlar el nivel de alerta, atención y conciencia.


 ¿Y cuales son los mecanismos de la conciencia?.


Los filósofos debaten sobre si es siquiera posible una explicación biológica para los aspectos coscientes de la consciencia, a veces referidos como qualia. Mientras este debate continúa, y aunque la respuesta es “no, por ahora”, las últimas investigaciones en neurociencia han empezado a arrojar luz sobre los sistemas que pueden participar en la generación de nuestra experiencia personal subjetiva de la conciencia.

Para simplificar, podemos definir “consciencia cosciente” como nuestra habilidad para combinar las distintas formas de información sensorial, motora, emocional y mnemónica en un “sumario eficiente de actividad mental que puede ser potencialmente recordada en un tiempo posterior”.
Al igual que otras funciones del sistema nervioso, la conciencia probablemente requiera una red que incorpore tanto regiones especializadas de proceso local como amplias  regiones de proceso distribuido.

Las funciones de la memoria están segregadas anatómicamente en “memoria declarativa”, que requiere consciencia cosciente y que se procesa en las regiones del cortex temporal medial y el diencéfalo, y la memoria no declarativa, que no requiere consciencia y que se procesa por otras regiones cerebrales. Las investigaciones mas recientes de los circuitos neurales involucrados en la memoria declarativa nos pueden ayudar a entender que es lo “especial” que diferencia la memoria consciente de la inconsciente.

La existencia del síndrome de heminegligencia, en el cual un mal funcionamiento del cortex cerebral parietal, generalmente el derecho, lleva a la pérdida de conciencia tanto del ser como del entorno de una mitad de la persona, generalmente la izquierda. Este síndrome sugiere que el mismo mecanismo que está implicado en la atención, juega un papel importante en la conciencia, poniendo en cuestión si existe una distinción real entre la atención y la conciencia.

¿Cómo unificamos la información?


Un aspecto de la conciencia que es difícil explicar en término de las actuales teorías de la atención, es la unificación de información sensorial, motora, emocional y mnemónica de regiones cerebrales dispersas en lo que percibimos como una única experiencia unificada. ¿Donde y como se percibe esta síntesis de múltiples formas de información?. Algunos investigadores afirman que la unificación es un proceso distribuido que ocurre sobre una red extensa. Las teorías para una unificación a nivel celular incluyen amplias conexiones horizontales entre ciertas capas corticales,  y oscilaciones en la actividad neuronal de frecuencia gamma (unos 40 Herz)(*) coherentes y sincronizadas entre las regiones involucradas en la unificación. Otros investigadores han propuesto que pueden ser críticas para la unificación algunas regiones específicas del cortex asociativo de orden superior, tales como los lóbulos frontales y los parietales. Desde una perspectiva clínica, el síndrome de Balint, síndrome que se da en individuos con dificultad para integrar la información visual, nos da un ejemplo interesante de como las lesiones focales del cortex parieto-occipital pueden causar un déficit profundo en la habilidad para unificar las distintas partes individuales de una escena visual en un único conjunto integrado.

El papel del cortex prefrontal en la “memoria de trabajo”, o la habilidad de mantener una cierta cantidad de información en  un almacén activo a corto plazo, es probable que juegue también un papel importante en los procesos involucrados con la conciencia, como son los sentidos de secuencia cronológica y auto-monitorización que están mediados por el lóbulo frontal. En forma similar, los estudios sobre “imágenes mentales” han empezado a demostrar la implicación de ciertas regiones del cortex primario y asociativo en la generación de representaciones internas de fenómenos tanto sensoriales como motores que son ingredientes importantes para cualquier representación interna o engrama de conciencia.


Los trabajos crecientes en neuroimagen funcional muestran que cuando la gente está despierta, pero no está realizando una tarea específica, las redes cerebrales muestran fluctuaciones espontaneas lentas ( duración mayor de 10 seg.) en los niveles de actividad, referidos como actividad en estado de reposo. Esta actividad en estado de reposo se correlaciona, dentro de los distintos sistemas cerebrales funcionales tales como el motor, el visual y otras redes cerebrales. Y lo mas interesante, la actividad en reposo también se observa en los componentes corticales de los sistemas de consciencia  cuando los individuos están despiertos pero no activos y  simplemente “dormitan” o están en un estrado de instrospección, referidos en este contexto como “actividad en red en modo por defecto”. En particular, algunos estudios han sugerido un papel potencialmente importante para la región parietal medial, incluyendo el precuneo, junto con el cingulado posterior adyacente, y el cortex retrospenial ( el cortex localizado justo detrás del esplenio del cuerpo calloso) en la auto-reflexión, la introspección y la auto-conciencia.

Finalmente, y aunque se han hecho avances significativos en el entendimiento de la “red límbica” la cuestión de cómo la actividad neural da lugar a las emociones sigue siendo tan difícil de contestar, como la cuestión de cómo la actividad neural da lugar al pensamiento consciente. En resumen, la conciencia consciente podría ser explicada en base a un mayor conocimiento de las redes tanto distribuidas como localmente especializadas en el cerebro. Sin embargo, estos  interrogantes seguirán siendo un enigma a resolver por los investigadores en el futuro.

(*). La frecuencia de 40 Hz es audible por el oído humano y se encuentra entre los sonidos emitidos por las teclas de piano Re# y Mi de la octava más grave del teclado.


Texto basado en: Neuroanatomy through Clinical Cases. Hal Blumenfeld. Sinauer Associates, Inc. Publishers.

lunes, 3 de agosto de 2015

¿Tiene ritmo el cerebro?


El primer estudio en profundidad que muestra cómo los ritmos controlan la comunicación entre regiones del cerebro




Al igual que un combo de jazz, el cerebro humano improvisa, mientras que su sección rítmica mantiene un ritmo constante. Pero cuando se trata de asumir tareas intelectualmente desafiantes, los grupos de neuronas se sintonizan entre sí durante una fracción de segundo y se armonizan para, a continuación, volver a improvisar, según un nuevo estudio dirigido por la Universidad de Berkeley.












Un ejemplo de la instantánea que muestra cómo las regiones anterior (azul)
 y posterior (naranja) de la corteza frontal se sincronizan para comunicarse
 de una a otra información cognitiva (Imagen: Bradley Voytek)




Estos hallazgos, publicados  en la revista Nature Neuroscience, podrían allanar el camino para encontrar tratamientos más específicos para las personas con trastornos cerebrales marcados por ondas cerebrales rápidas, lentas, o caóticas (oscilaciones neurales) - tales como las observadas en la enfermedad de Parkinson, la esquizofrenia y el autismo, que se caracterizan en parte por ritmos cerebrales fuera de lo común.


Mantener el ritmo


"El cerebro humano tiene alrededor de 86 mil millones de neuronas todas tratando de hablar unas con otras en esta sopa electroquímica  increíblemente sucia y ruidosa ", expuso el autor principal del estudio Bradley Voytek. "Nuestros resultados ayudan a explicar el mecanismo de cómo las redes neuronales se unen y se separan rápidamente según sea necesario."

Trabajando con pacientes con epilepsia cognitivamente sanos, Voytek y su compañera de investigación en el Instituto de Neurociencia de la Universidad de Berkeley, Helen Wills, utilizaron la electrocorticografía (ECoG) - que coloca electrodos directamente sobre una superficie expuesta del cerebro - para medir las oscilaciones neuronales cuando los pacientes realizaban tareas cognitivamente desafiantes. Esto demostró cómo los ritmos controlan la comunicación entre regiones del cerebro.

Encontraron que, a medida que los ejercicios mentales se hacían más exigentes, las ondas Theta a 4-8 Hertz (ciclos por segundo) se sincronizaban dentro del lóbulo frontal del cerebro, lo que permitía  que se conectaran con sub-regiones del cerebro, como la corteza motora.

"En estos breves momentos de sincronización, se establece una  comunicación rápida de las neuronas entre regiones cerebrales bloqueadas en estas frecuencias, y este compás es fundamental en una variedad de trastornos", dijo Voytek, profesor asistente de ciencias cognitivas en la Universidad de  San Diego que llevó a cabo el estudio como becario postdoctoral en neurociencia en la Universidad de Berkeley.

Hay cinco tipos de frecuencias de ondas cerebrales - Gamma, Beta, Alfa, Theta y Delta - y cada uno se cree que desempeña un papel diferente. Por ejemplo, las ondas Theta ayudan a coordinar las neuronas a medida que nos movemos en nuestro entorno, y por lo tanto son  claves para el procesamiento de la información espacial.


Sin tempo


En las personas con autismo, la conexión entre las ondas Alfa y la actividad neuronal aparece debilitada cuando procesan imágenes emocionales, según Voytek. Y las personas con la enfermedad de Parkinson muestran ondas Beta anormalmente fuertes en la corteza motora, bloqueando las neuronas en la rutina incorrecta e inhibiendo el movimiento. Afortunadamente, la estimulación eléctrica cerebral profunda puede interrumpir las ondas beta anormalmente fuertes producidas en el Parkinson y aliviar los síntomas.

Para el estudio, a los pacientes con epilepsia se les mostraron formas de complejidad creciente en una pantalla de ordenador y se les pidió  usar diferentes dedos (índice o medio) para pulsar un botón en función de la forma, el color o la textura de la forma mostrada. El ejercicio comenzó simplemente con los participantes pulsando el botón con, por ejemplo, el dedo índice cada vez que un cuadrado aparecía en la pantalla. Pero se volvió cada vez más difícil, ya que las formas se mostraron con más variación de colores y texturas, y sus dedos tenían que mantener el ritmo.

Cuando las tareas se hicieron más exigentes, las oscilaciones se mantuvieron, coordinando más partes del lóbulo frontal y sincronizando la información que pasaba entre esas regiones del cerebro. "Los resultados revelaron una delicada coordinación en el código del cerebro", según Voytek. "Nuestra orquesta neuronal puede no necesitar ningún director, sino únicamente un barrido de ondas cerebrales que excite brevemente las neuronas, al igual que millones de asistentes en un estadio realizando 'La Ola".

Esta investigaciones abren un campo necesario para abordar, tanto el conocimiento de nuestro funcionamiento cerebral, como el abordaje de tratamientos para ciertas enfermedades neuronales que actualmente no encuentran una terapia eficaz.


Basado en: 
http://www.nature.com/neuro/journal/v18/n9/full/nn.4071.html