jueves, 26 de mayo de 2016

Buscando los engranajes de nuestro reloj interno


Por Carl Zimmer

Publicado en el New York Times el 28 de diciembre del 2015

Traducido por: Ana Toral




Imagen: Tim Robinson



A lo largo del día, un reloj hace tic tac dentro de nuestros cuerpos. Nos despierta por la mañana y nos hace dormir por la noche. Sube y baja la temperatura de nuestro cuerpo en el momento adecuado, y regula la producción de insulina y otras hormonas.

El reloj circadiano del cuerpo, incluso, influye en nuestros pensamientos y sentimientos. Los psicólogos han medido algunos de sus efectos sobre el cerebro humano realizando pruebas cognitivas en diferentes momentos del día. Y encontraron que, tarde por la mañana resultaba ser el mejor momento para intentar hacer tareas como el cálculo mental que requiere que mantengamos varias piezas de información en la mente al mismo tiempo. Por la tarde es el momento de intentar tareas más simples, como la búsqueda de una palabra en particular en una página de crucigramas.

Otra pista sobre el reloj que funciona en nuestro cerebro viene de  gente con enfermedades tales como la depresión y el trastorno bipolar. Las personas con estos trastornos a menudo tienen problemas para dormir por la noche, o se sienten mareadas durante el día. Algunas personas con demencia experimentan “malestar crepuscular” mostrándose confundidas o agresivas al final del día.

"Los ciclos de sueño y de actividad son una parte muy importante de las enfermedades psiquiátricas", según Huda Akil, una neurocientífica de la Universidad de Michigan.

Sin embargo, los neurocientíficos han tenido dificultades para entender exactamente cómo el reloj circadiano afecta a nuestra mente. Después de todo, los investigadores no pueden simplemente abrir el cráneo de un sujeto y comprobar como las células de su cerebro se van modificando a lo largo de cada día.

Hace algunos años, a la Dra. Akil y sus colegas se les ocurrió una idea que sí que era factible.

La Universidad de California, Irvine, almacena los cerebros donados a la ciencia. Algunos de sus antiguos propietarios murieron en la mañana, algunos en la tarde y otros por la noche. La Dra.  Akil y sus colegas se preguntaron si habría diferencias en los cerebros dependiendo de la hora del día en que los donantes habían muerto.

"Tal vez sea una ingenuidad, pero nadie había pensado en ello," dijo la Dra. Akil.

Ella y sus colegas seleccionaron cerebros de 55 personas sanas que murieron de forma  repentina, por ejemplo en accidentes automovilísticos. De cada cerebro, los investigadores seleccionaron los tejidos de las regiones importantes para el aprendizaje, la memoria y las emociones.

Las células cerebrales de cada persona en el momento de su muerte estaban en medio de la producción de proteínas a partir de ciertos genes. Debido a que los cerebros se habían conservado bien, los científicos todavía podían medir la actividad de los genes en el momento de la muerte.

La mayoría de los genes que examinaron no mostraron ningún patrón regular de la actividad en el transcurso del día. Pero encontraron que más de 1.000 genes sí que seguían un ciclo diario. Las personas que murieron en el mismo momento del día mostraban esos mismos genes en los mismos niveles de actividad.

Los patrones eran tan consistentes que los genes podrían actuar como una marca de tiempo. "Podríamos preguntar:" ¿A qué hora murió esta persona? "; "Y podríamos conocer el momento exacto de la muerte con una variación de menos de una hora a partir de este patrón”.  

Ella y sus colegas realizaron luego el mismo análisis en los cerebros de 34 personas que habían tenido depresión aguda antes de morir. Pero se encontraron con que la marca de tiempo estaba muy alejada de la esperada. "Parecía como si estuvieran en otro horario, tal vez en el de Japón o en el de Alemania", dijo la Dra. Akil.

La Dra. Akil y sus colegas publicaron sus resultados en 2013, inspirando a los investigadores de la Escuela de Medicina de la Universidad de Pittsburgh para tratar de replicarlos.

"Era algo que no pensábamos que pudiéramos hacer antes", dijo la  neurocientífica Colleen R. McClung. La Dra. McClung y sus colegas realizaron una versión más grande del estudio, examinado 146 cerebros recogidos por el programa de donantes de la universidad. Los investigadores publicaron sus resultados esta semana en The Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Y he aquí, que obtuvimos muy buenos ritmos," dijo la Dra. McClung. "Realmente parece una instantánea de dónde se encontraba el cerebro en ese momento de la muerte."

La Dra. Akil está agradecida  de que otro equipo de investigadores hiciera el esfuerzo para respaldar sus conclusiones. "Hay una gran cantidad de solapamiento, lo que te hace creer que algo está pasando de verdad aquí", dijo.

Pero la Dra. McClung y sus colegas también hicieron algo que nadie había hecho. Los investigadores compararon los patrones de expresión génica en los cerebros de personas jóvenes y viejas, y encontraron diferencias intrigantes.

Los científicos esperaban encontrar pistas sobre por qué los ciclos circadianos de las personas cambian a medida que envejecen. "A medida que las personas envejecen, sus ritmos tienden a deteriorarse y desplazarse hacia adelante" según comentó la Dra. McClung.

Se encontró que algunos de los genes que eran muy activos en los ciclos diarios de las personas jóvenes se silenciaban en personas mayores de 60. Es posible que algunos adultos mayores dejen de producir proteínas en sus cerebros que son necesarias para mantener los ritmos circadianos.

Para su sorpresa, sin embargo, los investigadores también descubrieron algunos genes que se activaban  en ciclos diarios sólo en la vejez. "Parece que el cerebro podría estar tratando de compensar mediante la activación de un reloj adicional," dijo la Dra. McClung.

La Dra. Akil especuló que la capacidad del cerebro para improvisar un reloj alternativo en personas mayores,  podría  protegerlas de enfermedades neurodegenerativas. "Puede significar la diferencia entre el deterioro o no", dijo.

Podría ser posible, quizá más adelante,  activar  nuestros segundos relojes como una manera de tratar una variedad de trastornos relacionados con el ritmo circadiano. La Dra. Akil dijo que si encontráramos los genes correlacionados con el ritmo circadiano en humanos, ello permitiría a los científicos que experimentan con animales el averiguar cual es su función.

En lugar de estar sentada en el laboratorio imaginando que genes podrían ser importantes, estamos inspirándonos en el cerebro humano y preguntándonos “Que es lo que estas tratando de decirnos?”.


sábado, 21 de mayo de 2016

¿Qué le hace el alcohol a nuestro cerebro?


¿Por qué el alcohol nos hace sentir primero tan bien y luego tan mal?


 Tras una fiesta con abundante alcohol, nuestra cabeza amanece turbia. ¿Por qué esta sensación?. ¿Qué le hace el alcohol a nuestro cerebro?

Los científicos están empezando ahora a desentrañar exactamente por qué el alcohol puede ser tan tóxico para nuestras células cerebrales. Siempre hemos supuesto que el alcohol se descompone en nuestro  cerebro, pero necesitamos saber exactamente cómo lo hace.

Cada vez nos damos más cuenta de que el alcohol daña el cerebro de una forma muy efectiva - e incluso puede desencadenar un proceso de  inflamación dentro del cerebro – y no solo eso, sino que también estamos viendo cuánto tiempo duran estos efectos. Este conocimiento es crucial para entender la dependencia del alcohol, y obtener tratamientos eficaces.


¿Qué ocurre en nuestro cerebro cuando tomamos una bebida?. ¿Por qué sabe tan bien ese primer sorbo?


Ese primer trago de vino o cerveza hace que rápidamente se den cambios en dos tipos de transmisores químicos del cerebro. Estos cambios orquestan la mayor parte de los efectos del alcohol en nuestros pensamientos, sentimientos y movimientos.

Uno de estos transmisores químicos, llamado GABA, actúa como un sedante para calmar el cerebro, mientras que el otro neurotransmisor, llamado glutamato, excita el cerebro y hace que sea más activo. El alcohol aumenta rápidamente la función del transmisor inhibidor GABA, por lo que una primera bebida inmediatamente nos relaja.

Una de las primeras áreas del cerebro afectadas por este desequilibrio entre el GABA y el glutamato es el lóbulo frontal, que se encuentra justo detrás de la frente, y abarca rasgos como la atención, la planificación y la impulsividad. El lóbulo frontal es exquisitamente sensible al alcohol, y por esto es por lo que las personas se desinhiben rápidamente. Pero  si seguimos bebiendo más, acabamos perdiendo nuestra  capacidad de pensar con claridad e integrar todos nuestros pensamientos.

Una de las siguientes áreas del cerebro que resulta afectada es el cerebelo, que se encuentra en la base de nuestro cerebro, en la parte posterior de la cabeza, y es crucial para el control fino del movimiento. Si el alcohol consigue paralizar nuestro cerebelo, nuestros movimientos se hacen sin coordinación, y nuestra lengua se traba. Nuestra habla se vuelve confusa. Los músculos a través de todo nuestro cuerpo se ven afectados, incluso en nuestros ojos. Es por esto que la visión se vuelve borrosa, ya que  aunque los ojos todavía vean bien en términos de visión, los músculos del ojo ya no están funcionando correctamente y por ello los ojos no acaban de estar mirando en la misma dirección.

Al día siguiente, nuestra memoria es difusa y con grandes lagunas. Esos recuerdos difusos de la noche anterior se deben a un desequilibrio en el hipocampo, que es vital para la memoria. Esta área del cerebro es sensible a los cambios en el glutamato, y cuando los niveles de este neurotransmisor empiezan a estar fuera de control, el hipocampo sigue esforzándose por registrar los recuerdos, pero no siempre lo consigue.


Y cuando dejamos de beber, nuestro cerebro tiene dificultad para volver a reajustarse a la situación.


Una vez que el alcohol está fuera de la corriente sanguínea, la cantidad del neurotransmisor inhibidor GABA cae, pero la cantidad del neurotransmisor glutamato - que excita el cerebro -  es todavía  muy alta. Esto puede conducir a la sensación de ansiedad, a que tengamos  temblores y a que nuestro  sueño esté alterado. Si hemos estado bebiendo con mucha intensidad, este cambio repentino puede incluso conducir a un síndrome de abstinencia tras tres o cuatro días de sobriedad, llegándose en casos extremos a experimentar un delirium tremens.

Otro neurotransmisor que también resulta alterado es la dopamina,  lo que puede conducir a un bajo estado de ánimo cuando su acción se debilita por debajo de los niveles habituales.



La imagen muestra un escaneo del cerebro de una persona con dependencia del alcohol.
 (En azul) las áreas con menos materia gris. (Imagen cortesía del Imperial College of London).


Un nivel elevado de glutamato es una mala noticia para nuestras células cerebrales. Este neurotransmisor en altas dosis puede resultar tóxico, ya que parece destruir todas las delicadas conexiones entre las células del cerebro, tal como se podaría un arbusto hasta que el muñón quedara al descubierto.

Por tanto, tras una fiesta con abundante bebida, vamos a tener algunos días duros hasta que nuestro sistema se reajuste y los neurotransmisores en nuestro cerebro recuperen sus niveles normales. Y sin duda, llevará más tiempo cuanto mas viejos seamos, ya que el cerebro tarda más en recuperarse.

Es por tanto una buena idea, no ya prescindir del alcohol, pero si ingerirlo en cantidades razonables, por el bien de las neuronas de nuestro cerebro y por nuestro futuro bienestar.

jueves, 12 de mayo de 2016

Ketamina: La lucha contra la depresión


 Los  metabolitos de la ketamina pueden ofrecer beneficios sin los riesgos asociados



Por: Ana Toral (*)

12 mayo 2016

Los antidepresivos que se utilizan en la actualidad, los inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina (ISRS),  tienen el potencial de proporcionar un alivio muy necesario para las personas que luchan contra la depresión severa, pero a menudo tardan semanas en hacer efecto, si es que lo consiguen. Es por eso que ha entusiasmado la noticia  de que el fármaco anestésico ketamina, cuando se inyecta por vía intravenosa en dosis muy bajas, puede aliviar la depresión y los pensamientos suicidas asociados a ella, en cuestión de horas.





Aún así, hay resistencia a  considerar la ketamina para el tratamiento generalizado de la depresión, ya que, incluso a dosis bajas, puede producir efectos secundarios muy angustiantes, como la disociación, esto es  una sensación de desconexión con  los propios pensamientos, los sentimientos, y con  el sentido de la propia identidad. Ahora, los nuevos hallazgos sugieren que puede haber una manera de aprovechar los beneficios de la ketamina para el tratamiento eficaz de la depresión, sin los efectos secundarios asociados.

En un estudio realizado con ratones publicado en la revista Nature el pasado 4 de mayo, un equipo de investigación financiado por el NIH encontró que los efectos antidepresivos de la ketamina no son producidos por la droga en sí, sino por uno de sus metabolitos, una sustancia formada cuando el cuerpo degrada este compuesto.  Y lo que es más, el trabajo demuestra que este metabolito beneficioso no causa los dañinos efectos de disociación asociados con la ketamina. Si bien se necesitan más investigación y posteriores ensayos clínicos, los hallazgos son un paso prometedor hacia el desarrollo de una nueva generación de fármacos antidepresivos de acción rápida.

La ketamina pertenece a una clase de fármacos que bloquean los receptores neuroquímicos que se encuentran en las células nerviosas llamadas receptores de NMDA, o NMDAR. Estos receptores responden al mensajero químico conocido como glutamato, lo que ayuda a formar y mantener las conexiones neuronales y a desempeñar un papel en la memoria. No estaba claro, sin embargo, que esta acción de la ketamina pudiera explicar sus efectos sobre la depresión, ya que los ensayos clínicos de otros fármacos que se asocian a los receptores  NMDAR no mostraron los mismos efectos antidepresivos.

Esta incógnita es la que llevó a  Carlos Zarate del Instituto Nacional de Salud Mental de los Institutos Nacionales de la Salud de Estados Unidos (NIH) a contactar con  Todd Gould de la Escuela de Medicina de la Universidad de Maryland en Baltimore, que es un experto en la realización de estudios sobre los efectos neuroconductuales de las drogas en los ratones, y a analizar conjuntamente cómo la ketamina puede funcionar  como un antidepresivo. Sabían que la ketamina se presenta en dos formas estructurales que son imágenes especulares entre sí. También sabían que una de esas formas bloquea al receptor  NMDAR de forma mucho más eficaz, lo que sugiere que debería tener acciones antidepresivas más fuertes. Pero de hecho, los investigadores descubrieron lo contrario en el estudio que realizaron con ratones. Mientras que ambas formas estructurales  tienen acciones antidepresivas, la forma de la ketamina, que es más débil como bloqueante del receptor NMDAR, en realidad es más eficaz en la reducción de los síntomas similares a la depresión.

El equipo consiguió otro indicio de que algo inesperado podría estar pasando cuando Gould y Zárate, en colaboración con sus colegas en el Instituto Nacional sobre el Envejecimiento de los Institutos Nacionales de Salud( NIH), descubrió que un metabolito de la ketamina conocido como hidroxinorketamina (HNK) es farmacológicamente activo y alcanza niveles que son tres veces mayores en los ratones hembras que en los ratones machos. Debido a que se conocía que los ratones hembras respondían con mayor eficacia a los efectos antidepresivos de la ketamina que los machos, el descubrimiento sugiere que las diferencias en la actividad de la hidroxinorketamina podrían proporcionar una explicación.



Illustration of a chemical molecule
(2R,6R)-HNK


Con la ayuda de los químicos del  Centro Nacional del NIH para el avance de Ciencias de Transferencia, fueron capaces de desarrollar una forma de ketamina que no se metaboliza fácilmente. Con ella, el equipo llegó a demostrar que los efectos antidepresivos de la droga de hecho requieren su degradación a hidroxinorketamina (HNK) . Los investigadores también encontraron que los ratones tratados con una dosis única de HNK mostraron mejoras en sus síntomas que duraban días.

Y abundando en las buenas noticias, la hidroxinorketamina  parece actuar sin los efectos secundarios de la ketamina. Después de recibir hidroxinorketamina, los ratones no mostraron cambios en su actividad, coordinación, o  percepción sensorial física, tal como normalmente se ve después de una dosis de ketamina. La hidroxinorketamina  también  parece no tener el mismo potencial de adicción. Cuando se les daba la opción, los ratones elegían autoadministrarse ketamina, y no hidroxinorketamina.

Según explica Gould, ahora que se conoce que  las acciones antidepresivas en ratones se deben al metabolito, no a la propia ketamina, los próximos pasos son confirmar que esta sustancia trabaja de forma similar en humanos, y determinar si va a suponer una mejora terapéutica para el paciente.

La nueva evidencia confirma que la hidroxinorketamina  no bloquea los receptores NMDA, como hace la ketamina. Está por descubrir cómo funciona por tanto el mecanismo de acción de este metabolito de la ketamina, aunque la evidencia revela un papel importante para los receptores  AMPA, otro tipo de receptor de glutamato en el cerebro.

Los investigadores del Instituto Nacional de la Salud tienen ahora un plan en marcha para avanzar hacia las pruebas en humanos. En primer lugar, se deben realizar las pruebas de toxicología; si se obtienen buenos resultados, los investigadores esperan poder proceder a los ensayos clínicos para probar la seguridad y eficacia de la hidroxinorketamina en las personas con depresión.

El estudio debería ser una noticia alentadora para el amplio porcentaje de la población mundial que sufre de un trastorno depresivo grave en algún momento en su vida. Es también un recordatorio de la importancia de unir  investigadores con experiencia diversa, trabajando juntos en todas las disciplinas, para lograr nuevos tratamientos prometedores.


Texto de referencia:

Zanos P, Moaddel R, Morris PJ, Georgiou P, Fischell J, Elmer GI, Manickavasagom A, Yuan P, Pribut HJ, Singh NS, Dossou KSS, Fang Y, Huang X-P, Mayo CL, Wainer IW, Albuquerque EX, Thompson SM, Thomas CJ, Zarate CA, Gould TD. NMDA receptor inhibition-independent antidepressant actions of a ketamine metabolite. Nature, May 4, 2016, doi: 10:1038/nature17998.

(*) Bioquimica. Universidad de Valencia

domingo, 8 de mayo de 2016

El “atlas” de las palabras se extiende por toda la corteza cerebral humana



Por  Ana Toral (*)

8 mayo 2016

El estudio publicado este mes de mayo en la revista Nature, por los neurocientíficos de  la Berkeley, Alexander G. Huth y sus colaboradores,  presenta un “atlas semántico" del cerebro humano. Este estudio  ha resultado ser clave para aclarar uno de los arcanos en neurociencia. ¿Donde se encuentran las palabras?. Hasta ahora, en base a los estudios anatómicos cerebrales realizados básicamente en pacientes con déficit, únicamente las áreas de Broca y de Wernicke situadas en el hemisferio cerebral izquierdo se habían asociado al habla.

En este nuevo artículo de Nature, Huth y sus colaboradores han mapeado qué áreas del cerebro responden a las palabras, de acuerdo con su semántica (significados de cada palabra). Resulta que estos mapas, además,  son muy similares en todos los individuos – lo que podría tener implicaciones para la tecnología 'lectura de la mente'.

Estudios previos con imágenes neurales habían identificado grupos de regiones que parecían representar información acerca del significado del lenguaje. Esas regiones, conocidas colectivamente como sistemas semánticos, respondían más a palabras que a no-palabras, más a tareas semánticas que a tareas fonológicas y más al habla natural que al habla temporalmente perturbada.

Algunos estudios que han investigado tipos de representación específicos en el sistema semántico han encontrado áreas selectivas para palabras abstractas o concretas, verbos de acción, narrativas sociales u otras características semánticas.

Otros han encontrado áreas selectivas para dominios semánticos específicos, grupos de conceptos relacionados tales como seres vivos, herramientas, comida o refugio. No obstante, ningún estudio hasta ahora había producido un mapa comprensivo de cómo se representaba la información semántica en un sistema semántico completo.

Este es un estudio muy elegante. Los resultados no son especialmente sorprendentes - un montón de estudios previos han demostrado que las categorías semánticas están asociadas con la actividad en áreas concretas del cerebro. Pero Huth y colaboradores  utilizaron estímulos del mundo real para proporcionar un enfoque inusualmente integral al tema.

El análisis de los cerebros escaneados de los siete sujetos sometidos al estudio, cuando escuchaban historias emitidas por un programa de radio, determinaron la existencia de cuatro dimensiones semánticas estadísticamente significativas que se compartían por todos los sujetos analizados.

Estas dimensiones son dominios semánticos de alto nivel. Por ejemplo, la dimensión (PC1) indexa  la "humanidad" de las palabras, con altas puntuaciones en la PC1 para palabras del ámbito de las categorías relacionadas con los seres humanos y la sociedad humana y las emociones. La dimensión PC2 parecía captar la "sensorialidad" de las palabras, esto es, los términos sensoriales y concretos puntuaban alto en la dimensión PC2 mientras las  palabras intangibles o abstractas  puntuaban bajas.

Las cuatro dimensiones semánticas compartidas proporcionaron una forma de resumir sucintamente la selectividad semántica de cada voxel, o pequeña unidad neuronal en las que este estudio había dividido la corteza cerebral. No obstante, para interpretar las proyecciones de los modelos en esas dimensiones, se necesitaba entender cómo se codifica la información semántica en este espacio de cuatro dimensiones. Para visualizar el espacio semántico, se proyectaron  las 10.470 palabras de las historias desde el espacio ocupado por la palabra en cada dimensión. Con ello, se identificaron 12 categorías distintas que se marcaron de forma manual.

Las marcas que se asignaron a cada una de esas doce categorías fueron “táctil”(un cluster que contenía palabras tales como “dedos”), “visual”( palabras tales como “amarillo”), “numérico” (cuatro),” localización” (estadio), “abstracto” (natural), “temporal “(minuto), “profesional” (reunión), “violento”(letal),  “comunal”(escuela), “mental” (dormido), “emocional” (despreciado)  y “social” (niño).

Tras visualizar donde aparecía cada una de las doce categorías en el espacio semántico compartido, se les adjudico un color RGB, donde el canal rojo determinaba la primera dimensión, el verde la segunda y el azul la tercera. La primera dimensión es la que capturaba una mayor varianza en los sujetos estudiados. Un extremo de esta dimensión favorecía las categorías relacionadas con las interacciones humanas y sociales, incluyendo “social”, “emocional”, “violento” y “comunal”.  El otro extremo favorecía categorías relacionadas con descripciones perceptivas, descripciones cuantitativas y medidas, incluyendo “táctil”, “localización”, “numérico” y “visual”.

Las dimensiones subsecuentes de los espacios semánticos capturaron menos varianza que la primera y fueron, por tanto, más difíciles de interpretar. La segunda dimensión parecía distinguir entre categorías perceptivas, incluyendo “visual” y “táctil” y categorías no-perceptivas, incluyendo “mental”, “profesional” y “temporal”. Las terceras y cuartas dimensiones son todavía menos claras.

¿Dónde en el cerebro se codifican estas categorías semánticas? La imagen siguiente muestra los datos de uno de los participantes, S2. La actividad neuronal en respuesta a la PC1 o primera dimensión  se muestra en rojo, la  PC2  o segunda dimensión en verde  y la  PC3 en  color azul.



Componentes principales de los modelos semánticos basados en voxels

Las manchas en el centro de la imagen muestran la corteza cerebral “desplegada” en una lámina plana. Esta contiene la misma información que las imágenes del cerebro en 3D más familiares, vistos en la parte inferior de la imagen. La lámina desplegada es una imagen  menos intuitiva, pero tiene la ventaja de mostrar toda la corteza cerebral a la vez.

En la página http://gallantlab.org/huth2016/ se puede visualizar el patrón de la selectividad del dominio semántico a través de toda la corteza cerebral, mediante la proyección de los modelos de voxel en las dimensiones semánticas compartidas.

Por ejemplo, los voxels en verde producen respuestas fuertes a categorías que están coloreadas en verde en el espacio semántico, tales como “visual” y “numérico”. Esta visualización sugiere que la información semántica está representada en patrones intricados que cubren el sistema semántico, incluyendo amplias regiones de la corteza prefrontal, la corteza temporal media, la corteza temporal lateral, la corteza parietal lateral y la corteza parietal media.

¿Y  estos mapas semánticos son únicos para cada individuo? No, ya que parecen estar compartidos ampliamente entre los individuos. Aquí están los mapas de tres de los otros participantes (S1, S3 y S4). Está claro simplemente echando un vistazo a partir de esto que, en términos generales, estos mapas son muy similares, lo que sugiere que todos podríamos tener más o menos los mismos atlas semánticos.





Dicho esto, es importante recordar que Huth y colaboradores  no mapearon las respuestas del cerebro a las palabras individuales. El atlas semántico se ocupa de categorías de palabras genéricas. Esto es relevante para la cuestión de si los hallazgos  podrían ser utilizados para ayudar a "leer la mente". Por lo que podemos intuir, si bien podría ser posible utilizar el método de Huth y sus colaboradores  para determinar si alguien está pensando en (por ejemplo) "niño" o en  "amarillo", ya que estas palabras / conceptos se dividen en categorías muy diferentes,  sería mucho más difícil distinguir entre  “verde”  y “amarillo” o entre “madre” e “hijo”.

Con este nuevo estudio, se ha confirmado que el mapa semántico de las palabras y su significado se extiende por toda la corteza cerebral y por ambos hemisferios. Y no únicamente se ha definido esto, sino también la existencia de múltiples “locus” para cada concepto semántico, y una intricada red de asociaciones entre estos locus, algo esperable dado la multitud de significados asociados a muchas de las palabras que utilizamos en nuestra expresión diaria.

Otro aspecto sorprendente de las conclusiones del estudio es que  la organización de las áreas cerebrales selectivas semánticas parece ser consistentes en todos los individuos. Este aspecto, que tendrá que ser verificado en posteriores estudios, dado el pequeño número y la homogeneidad de los sujetos estudiados, puede implicar un alto grado de determinación genética en la forma en la que se almacenan las palabras y su significado, en el cerebro humano.

Queda también por determinar la localización de las palabras con un mismo significado en distintos idiomas. ¿Se situarán también en las mismas áreas de significado equivalente o la localización cambiará significativamente?. Un amplio campo de investigación se abre tras la publicación de este estudio.

(*) Bioquímica. Universidad de Valencia

jueves, 5 de mayo de 2016

Atlas semantico: Los neurocientíficos crean un “atlas” que muestra cómo las palabras se organizan en el cerebro



Utilizando  imágenes cerebrales, los científicos han construido un mapa que muestra cómo se representan las palabras y sus significados, en las distintas regiones del cerebro.


Publicado en The Guardian el 27 de abril del 2016

Por: Ian Sample. Editor científico.

Traducido por: Ana Toral



One person’s right cerebral hemisphere. The overlaid words, when heard in context, are predicted to evoke strong responses near the corresponding location. Green words are mostly visual and tactile, red words are mostly social.
El  hemisferio cerebral derecho de una persona. Se prevé que las palabras superpuestas, cuando se oyen en su contexto, evoquen respuestas potentes cerca de la ubicación correspondiente. Las palabras en verde son en su mayoría visuales y táctiles, las palabras  en rojo son en su mayoría sociales.
 Ilustración: Copyright Alexander Huth / The Regents de la Universidad de California



Los científicos han creado un "atlas del cerebro" que revela cómo los significados de las palabras se organizan en diferentes regiones del órgano.

Como una colcha de patchwork que cubriera la corteza cerebral, el atlas muestra, en las tonalidades del arco iris, cómo las palabras individuales y los conceptos que transmiten se pueden agrupar en grumos de materia blanca.

"Nuestro objetivo era construir un atlas gigante que mostrara cómo está representado en el cerebro un aspecto específico del lenguaje, en este caso, la semántica o el significado de las palabras", dijo Jack Gallant, neurocientífico de la Universidad de California, Berkeley.

Ninguna región cerebral única sostiene una única palabra o concepto. Un punto cerebral único se asocia con una serie de palabras relacionadas. Y cada una de las palabras ilumina muchos lugares diferentes del cerebro. Juntos forman redes que representan los significados de cada palabra que usamos: la vida y el amor; la muerte y los impuestos; las nubes, Florida y un sujetador. Cada palabra comporta su propia red.




Los científicos han creado un mapa interactivo
 que muestra qué áreas del cerebro responden
 a  la escucha de palabras diferentes.


Descrito como un "tour de force" por un investigador que no participó en el estudio, el atlas muestra cómo la moderna obtención de imágenes cerebrales puede transformar nuestro conocimiento de cómo el cerebro realiza algunas de sus tareas más importantes. Con futuros avances, la tecnología podría tener un profundo impacto en la medicina y en otros campos.

"Es posible que este enfoque pudiera ser utilizado para decodificar la información acerca de las palabras que una persona está escuchando, leyendo, o posiblemente incluso pensando," dijo Alexander Huth, el primer autor del estudio. Un uso potencial sería un decodificador de lenguaje que podría permitir hablar a través de un ordenador a las personas silenciadas por una parálisis neuronal motora o con síndrome de enclaustramiento.

Para crear el Atlas, los científicos registraron la actividad cerebral de las personas mientras escuchaban los cuentos leídos en The Moth Radio Hour, un programa de radio de Estados Unidos. A continuación, solaparon las transcripciones de las historias con los datos de la actividad cerebral para mostrar cómo los grupos de palabras relacionadas desencadenaban respuestas neuronales en 50.000 a 80.000 puntos del tamaño de un guisante en toda la corteza cerebral.

Huth utilizó historias de The Moth Radio Hour, ya que son cortas y convincentes. Cuanto más apasionantes eran las historias, más seguros estaban los científicos de que las personas que estaban siendo escaneadas se centraban en las palabras y no se ponían a divagar. Cada una de las siete personas escucharon dos horas de historias. Esto supone que cada persona escuchó más o menos 25.000 palabras- y más de 3.000 palabras diferentes - mientras yacía en el escáner.

El atlas muestra cómo las palabras y los términos relacionados excitaban  las mismas regiones del cerebro. Por ejemplo, en el lado izquierdo del cerebro, por encima de la oreja, está una de las pequeñas regiones que representa la palabra "víctima". La misma región responde a "muerto", "condenado", "asesinado" y "confeso". En el lado derecho del cerebro, cerca de la parte superior de la cabeza, está uno de los lugares del cerebro activado por los términos de la familia: "esposa", "marido", "niños", "padres".

Cada palabra está representada por más de un punto, porque las palabras tienden a tener varios significados. Una parte del cerebro, por ejemplo, responde de forma fiable a la palabra "top", junto con otras palabras que describen ropa. Pero la palabra "top" activa muchas otras regiones. Una de ellas responde a números y medidas, otra a edificios y lugares. (Top se puede traducir por camiseta corta, superior, cima, tapa, tope, etc).

Los científicos han creado una página web interactiva donde el público puede explorar el atlas del cerebro.

Sorprendentemente, los atlas cerebrales fueron similares para todos los participantes, lo que sugiere que sus cerebros organizan los significados de las palabras de la misma manera. Sin embargo,  los científicos sólo escanearon cinco hombres y dos mujeres. Todos son nativos de lengua inglesa, y dos son autores del estudio publicado en la revista Nature. Es muy posible que personas de diferentes orígenes y culturas tengan diferentes atlas cerebrales semánticos.

Armados con el atlas, los investigadores ahora pueden reconstruir las redes neuronales que representan conceptos muy diferentes, desde los números al  asesinato y a la religión. "La idea de “asesinato” está muy representado en el cerebro", dijo Gallant.

Utilizando la misma fuente de datos, el grupo ha comenzado a trabajar en nuevos atlas que muestran cómo el cerebro contiene información sobre otros aspectos del lenguaje, desde los fonemas a la sintaxis. Sin embargo no se ha podido conseguir hasta ahora un atlas cerebral  de la estructura narrativa. "Cada vez que diseñamos un conjunto de características narrativas, se nos dice  que no son el conjunto adecuado de características narrativas”, dijo Gallant.

Uri Hasson, un neurocientífico de la Universidad de Princeton, ponderó la investigación. A diferencia de muchos estudios que examinaron la actividad cerebral en la que se mostraba una palabra aislada o una frase, el equipo de Gallant ha arrojado luz sobre cómo el cerebro trabaja en un entorno del mundo real. El siguiente paso, dijo, era crear un atlas semántico cerebral más completo y preciso. En última instancia, Hasson cree que será posible reconstruir las palabras que una persona está pensando a través de su actividad cerebral. Las implicaciones éticas son enormes. Uno de los usos más benignos podría ser la utilización de la actividad cerebral para evaluar si los mensajes políticos se han comunicado con eficacia al público. "¡Hay tantas implicaciones, y estamos apenas tocando la superficie!", comentó.

Lorraine Tyler, una neurocientífica cognitiva y director del Centro para el Habla, el Lenguaje y el Cerebro en la Universidad de Cambridge dijo que la investigación era un "tour de force en su ámbito de aplicación y en sus  métodos". Pero el atlas cerebral en su forma actual no refleja diferencias sutiles en los significados de palabras. Tomemos la palabra "mesa". Puede ser un miembro de muchos grupos diferentes, dice Tyler. "Puede ser algo donde comer, cosas hechas de madera, cosas que son pesadas, cosas que tiene cuatro patas, objetos no animados, y así sucesivamente. Este tipo de información semántica detallada que nos permite utilizar las palabras de manera flexible se pierde en el análisis ", dijo. "Aunque esta investigación es pionera en su ámbito de aplicación, todavía hay mucho que aprender acerca de cómo la semántica está representada en el cerebro."



Texto original en: https://www.theguardian.com/science/2016/apr/27/brain-atlas-showing-how-words-are-organised-neuroscience?CMP=twt_a-science_b-gdnscience