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Desenredando la madeja: La conectómica

Imaginemos que tenemos la cartografía de nuestro cerebro.  Es decir, mapas estructurales y funcionales precisos sobre la complejísima e intrincada red de conexiones neuronales del cerebro humano. ¿Podríamos describir de forma exacta el orígen de los pensamientos? ¿Descubriríamos cómo manipular esa red de conexiones a nuestro antojo?

La conectómica es una nueva técnica de  imagen neuronal y  técnicas histológicas en orden a obtener unos mapas más precisos y de mejor resolución de las conexiones neuronales del cerebro.

Este fascinante proyecto denominado The Human Connectome Project (HCP) se está llevando a cabo de forma colaborativa por 12 grupos y laboratorios de investigación. Exige trabajo interdisciplinario para desarrollar y consolidar novedosas técnicas de imagen cerebral y de análisis de la conectividad neuronal basada en el procesamiento de esta monumental cantidad de información.

Como lo explica en el siguiente vídeo Sebastian Seung, somos nuestros conectomas.

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Cambiar el cerebro para cambiar el mundo

El programa número 57 de Redes tiene como título: Cambiar el cerebro para cambiar el mundo. Esta premisa me permite, a modo de introducción, afirmar que:  El arte ayuda a mejorar los procesos cognitivos.

Un amigo “inquieto” y yo, hemos conformado un colectivo de trabajo deniminado i+A.  Estamos proponiendo que los lenguajes del arte contemporaneo ayudan al desarrollo de capacidades y la creación de innovaciones en ámbitos específicos como la empresa. La propuesta está anclada en la neurociencia y sigue unos protocolos de actuación para evaluar los resultados obtenidos.

Esta idea será presentada el próximo sábado en el ámbito del Mercado Atlántico de Creación Contemporánea 2010, en el formato MACC Encuentros. No te lo pierdas.

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Vídeo: Programa REDES 57.

El cerebro de Dios

Para estos días, en que buena parte del mundo está en Semana Santa, recomiendo una lectura:


Los autores de este libro, Lionel Tiger y Michael McGuire, sugieren que a Dios hay que buscarlo en el cerebro. La naturaleza de Dios es una pregunta que ahora encuentra otras explicaciones más allá de las que ofrecen los teólogos. Queríamos entender el mecanismo en el cerebro que la religión fomenta, dice Tiger.

Desde una perspectiva basada en la biología evolutiva con énfasis en la ciencia del cerebro, el antropólogo Lionel Tiger y el neurocientífico McGuire (sus trabajos sobre el rol de la serotonina en la química del cerebro han sido determinantes) presentan, de una forma sencilla y comprensible para “no iniciados”, los milagros que acontecen cada día en el cerebro y desvelan el misterio de uno de los legados de la humanidad: la religión.  ¿Cuál es su propósito? ¿Cómo surgió? ¿ Porqué cada cultura presenta  alguna forma de pensamiento religioso?

El lugar de los juicios morales

¿En dónde habita ese “Pepito grillo” que nos habla al oído?

Liane Lee Young investigadora del MIT (Department of Brain and Cognitive Sciences) y autora principal del estudio publicado en la revista Neuron cree que “Pepito Grillo habita en la corteza prefrontal ventromedia (VMPC).

Los juicios morales, tanto los de la vida cotidiana como los que se emiten en los juzgados, dependen de nuestra capacidad de inferir intenciones.

Gracias a dicha capacidad, podemos perdonar daños no intencionados o accidentales o, por el contrario, condenar lo intentos fallidos de hacer daño.

Estudios anteriores habían demostrado que pacientes con trastornos en la corteza prefrontal ventromedial emitían juicios anómalos como respuesta a dilemas morales y que dichos pacientes eran incapaces de generar respuestas emocionales ante hechos abstractos o intenciones.

En el presente estudio, lo que se ha demostrado es que, concretamente, si el resultado de una mala intención es nulo, incluso ante una acción tan perversa como el asesinato, estas personas son incapaces de valorar dicha intención.

Visto en: MIT News y en Tendencias

El cerebro

Se aprende, siempre se aprende… pero se requiere de entornos propicios, de cerebros sociales.

Esta es una condición que se conoce pero no es tenida en cuenta a la hora de formular políticas y estrategias de desarrollo.  Basta con mirar cuáles son los estímulos para la producción de contenidos y la creación de empresas culturales.  Pareciera que solo tiene cabida lo que es rentable en un cortísimo plazo … y entre tanto, vamos atrofiando nuestro cerebro.

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Aprendemos más de los aciertos que de los errores

Aprender y recordar es algo estrechamente  ligado a nuestra habilidad para dar sentido al mundo. La plasticidad neuronal que entraña estos procesos es clave para comprender cómo funciona nuestro cerebro.

sinapsis neuronal

Earl K. Miller, profesor del “Picower Institute for Learning and Memory del MIT y sus colaboradores, Mark Histed y Anitha Pasupathy, consiguieron generar por vez primera una instantánea del proceso de aprendizaje de unos monos.

En esta imagen se pudo ver cómo las células individuales del cerebro no responden igual ante la información sobre una acción correcta que ante la información sobre una acción errónea.

Según explica el profesor Miller en un comunicado emitido por el MIT, lo que se ha demostrado es que las células del cerebro, cuando una acción genera un buen resultado, se sincronizan con lo que el animal está aprendiendo. Por el contrario, después de un error, no se produce ningún cambio en el cerebro ni se transforma en nada el comportamiento de los animales.

Esta investigación ayudaría a comprender mejor los mecanismos de plasticidad neuronal activados como respuesta al entorno, y tendría implicaciones para el entendimiento de cómo aprendemos, y también en la comprensión y el tratamiento de los trastornos de aprendizaje. La plasticidad neuronal es la capacidad del cerebro de cambiar a partir de la experiencia.

¿Cómo se hizo?

A los monos estudiados se les asignó la tarea de mirar dos imágenes alternantes en la pantalla de un ordenador. Cuando aparecía una de ellas, los monos eran recompensados si giraban su mirada hacia la derecha; cuando aparecía la otra imagen, los monos eran recompensados si miraban a la izquierda.

Los animales fueron tanteando, por el sistema de “prueba y error”, para descubrir qué imágenes exigían mirar en qué dirección.

Gracias a las mediciones realizadas entretanto en sus cerebros, los investigadores descubrieron que, dependiendo de si las respuestas de los monos eran correctas o incorrectas, ciertas partes de sus cerebros “resonaban” con las implicaciones de sus respuestas, durante algunos segundos.

Así, la actividad neuronal que seguía a una respuesta correcta y su recompensa correspondiente ayudaban a los monos a realizar mejor la siguiente tarea.

Por tanto, explica Miller, justo después de un acierto, las neuronas procesaban la información más deprisa y más efectivamente, y el mono tendía más a acertar la siguiente respuesta.
Sin embargo, después de un error no había mejoría alguna en el desempeño de las tareas. En otras palabras, sólo después del éxito, y no de los fracasos, tanto el comportamiento de los monos como el procesamiento de información de los cerebros de éstos mejoraron.

Dos regiones cerebrales implicadas

Según explican los científicos en la revista especializada Neuron-9 , para aprender de la experiencia se necesita saber si una acción pasada ha producido un buen resultado.

Se cree que la corteza prefrontal del cerebro y los ganglios basales juegan un importante papel en el aprendizaje de las relaciones entre estímulo y respuesta.

La corteza prefrontal del cerebro dirige los pensamientos y las acciones de acuerdo con objetivos internos, mientras que los ganglios basales están relacionados con el control motor, la cognición y las emociones.

Gracias a la presente investigación se sabe ahora, además, que ambas áreas cerebrales cuentan con toda la información disponible para llevar a cabo las conexiones y ordenaciones neuronales necesarias para el aprendizaje.

Por otro lado, hasta ahora se sabía que los ganglios basales y la corteza prefrontal están conectados entre sí y con el resto del cerebro, y que nos ayudan a aprender las asociaciones abstractas mediante la generación de breves señales neuronales, cuando una respuesta es correcta o incorrecta.

Pero, hasta ahora, no se había podido entender cómo esta actividad transitoria, que se produce en menos de un segundo, podía influir en acciones realizadas a continuación.

Más información transmitida

Gracias a este estudio, los investigadores descubrieron actividad en muchas neuronas dentro de ambas regiones del cerebro, como respuesta a la entrega o no de la recompensa. Esta actividad duró varios segundos, hasta la siguiente prueba.

Las respuestas de las neuronas de los monos fueron, por otra parte, más fuertes si en la prueba inmediatamente anterior habían sido recompensados, y más débiles si en la prueba anterior se habían equivocado.

Por último, tras una respuesta correcta, los impulsos eléctricos de las neuronas, tanto en la corteza prefrontal como en los ganglios basales, fueron más fuertes y transmitieron más cantidad de información.

Según Miller, esto explicaría porqué, en un nivel neuronal, tendemos a aprender más de nuestros aciertos que de nuestros fallos.

Fuente: Una nota de Yaiza Martínez tomada de TENDENCIAS 21

Cerebro & percepción

En la entrada de ayer hacía algunas referencias a la percepción.  ¿Qué pasa en nuestro cerebro? ¿Cómo es el mecanismo que nos lleva a tener determinada percepción? ¿Cuál es la relación entre el contexto y la actividad cerebral para definir una u otra percepción?

Un interesante artículo presentado en Science da pistas sobre la manera en que se articulan y coordinan diferentes zonas del cerebro para prestar atención a un fenómeno.

brain

Los neurocientíficos del McGovern Institute for Brain Research han descubierto que, en concreto, cuando nos fijamos en algo, las neuronas de la corteza prefrontal del cerebro se encienden al unísono y envían señales a la corteza visual para que ésta haga lo mismo.

De esta manera, se generan en el cerebro ondas de alta frecuencia que oscilan entre estas dos regiones cerebrales, espacialmente separadas entre sí.

Las ondas generadas, que son conocidas como oscilaciones gamma, ya habían sido asociadas con la percepción, la atención, el aprendizaje y la conciencia. Estas ondas se producen cuando los conjuntos de neuronas emiten señales eléctricas a una velocidad aproximada de unas 40 veces por segundo.

Según explica el director de la investigación, Robert Desimone, que actualmente dirige el McGovern Institute for Brain Research, “estamos especialmente interesados en las oscilaciones gamma de la corteza prefrontal porque esta región provoca influencias de ida y vuelta sobre otras partes del cerebro”.

“Sabemos que la corteza prefrontal se ve afectada en personas con esquizofrenia, con trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH) y otros trastornos cerebrales, y que las ondas gamma también se alteran en estas condiciones. Nuestros resultados sugieren que una sincronía neuronal alterada en la corteza prefrontal del cerebro podría interrumpir la comunicación entre esta región y otras áreas cerebrales, produciendo percepciones, pensamientos y emociones alteradas”, señala el científico.

Desimone explica lo que supone la sincronía neuronal utilizando la siguiente analogía: una fiesta abarrotada de gente, que se reparte por diversas habitaciones, hablando sin parar en todas ellas.

Si la gente comienza a levantar la voz aleatoriamente, el ruido de la fiesta aumenta. Sin embargo, sin un grupo de personas en una habitación comienza a cantar al unísono, la gente de la habitación contigua tendrá más probabilidades de escucharlas. Si, además, responde cantando como ellos, las dos habitaciones pueden comunicarse.

En el estudio aparecido en Science, Desimone buscó patrones de sincronía neuronal en dos “habitaciones” del cerebro relacionadas con la atención: el campo ocular frontal (que se encarga de los movimientos conjugados de los ojos, controla los movimientos oculares voluntarios, y es independiente de estímulos visuales), situado dentro de la corteza prefrontal; y la región V4 de la corteza visual.

Esta región V4 se encarga del procesamiento del color, recibe información visual desde otras áreas visuales, y retransmite dicha información visual hacia áreas infotemporales y parietales.

Dichos patrones de sincronía neuronal fueron buscados en dos monos macacos previamente entrenados para que mirasen múltiples objetos desplegados en una pantalla, y para que se concentrasen en uno de ellos al recibir una señal.

Los científicos registraron la actividad neuronal del campo ocular frontal (corteza prefrontal) y de la región V4 (corteza visual) de los monos, tanto cuando éstos prestaban atención a determinados objetos como cuando los ignoraban.

Así, descubrieron que cuando los monos atendían al objeto designado, las neuronas de ambas áreas mostraban un fuerte incremento en su actividad. Entonces, como si estuvieran conectadas, las oscilaciones establecidas en cada una de las áreas comenzaban a sincronizarse entre sí.

Desimone y sus colaboradores analizaron el cronometraje de la actividad neuronal y descubrieron que la corteza prefrontal se activaba en primer lugar por la atención, seguida por la corteza visual, como si la primera ordenase a la región visual que atendiese.

El desajuste temporal entre la actividad neuronal en estas áreas durante cada ciclo de ondas (de entre 8 y 13 milisegundos, según Science) reflejó la velocidad a la que las señales viajan de una región a otra, indicando asimismo que ambas regiones del cerebro se comunican la una con la otra.

Desimone sospecha que este patrón de oscilación no es únicamente característico de la atención, sino que podría representar también un mecanismo más general de comunicación entre diversas partes del cerebro.

Los hallazgos realizados en los cerebros de los monos respaldan las especulaciones que señalan que la sincronía gamma permite que extensas regiones del cerebro puedan comunicarse rápidamente unas con otras, lo que tiene importantes implicaciones para la comprensión y el tratamiento de trastornos como la esquizofrenia, la discapacidad visual o el déficit de atención.

Según Desimone, estos resultados ayudarían a “pensar cómo se deben estudiar y tratar dichos trastornos encontrando maneras de restaurar los ritmos gamma en las regiones del cerebro afectadas”.

Los científicos han estudiado durante más de 50 años las ondas gamma. Por ejemplo, en otro estudio reciente del MIT, el científico Li-Huei Tsai y sus colaboradores indujeron dichas ondas con luz láser aplicada, directamente, al cerebro de ratones, con el fin de analizarlas.

Aplicando una novedosa tecnología conocida como optogenética, que combina la ingeniería genética con la luz para manipular la actividad de células nerviosas individuales, esta investigación ayudó a explicar cómo son producidas las ondas gamma por el cerebro, y el papel de éstas en las funciones cerebrales.

Así, se reveló que las oscilaciones gamma reflejan la actividad sincrónica de una gran red de neuronas interconectadas, y que dichas oscilaciones estarían controladas por una clase específica de células inhibidoras conocidas como interneuronas de pico rápido, explicaron los científicos.

Activando mediante la optogenética dichas interneuronas los científicos indujeron ondas gamma en el cerebro de los ratones, demostrando así por primera vez que es posible inducir un estado específico cerebral activando un tipo de célula específica. El experimento demostró asimismo que los ritmos de estas ondas regulan el procesamiento de las señales sensoriales, lo que respalda la idea de que la sincronía de las ondas gamma son clave en el control de la percepción de los estímulos.

Tomado de: Tendencias 21.  Imagen de: National Science Foundation