Una sonda más delgada que un cabello permite grabar la actividad cerebral en alta definición

MADRID (EP). Científicos han desarrollado un nuevo dispositivo que podría revolucionar nuestra comprensión del cerebro al permitir a los investigadores mapear la actividad de redes neuronales complejas que controlan el comportamiento y la toma de decisiones, de una manera nunca antes posible. Las características de las sondas de 'Neuropixels' se describen en un artículo que se publica este miércoles en 'Nature'.

Las neuropixels, diminutas sondas de silicio más delgadas que un cabello humano, pueden registrar simultáneamente la actividad de cientos de neuronas en múltiples regiones cerebrales diferentes en ratones y ratas. Las tecnologías existentes solo pueden proporcionar datos detallados sobre áreas muy pequeñas del cerebro, lo que limita nuestra comprensión de cómo se coordinan las respuestas en diferentes partes del cerebro para realizar comportamientos complejos.

Las nuevas sondas permitirán a los científicos comprender el cerebro a un nivel de detalle y en una escala que anteriormente parecía imposible. Este nuevo enfoque puede también facilitar que los investigadores entiendan cómo los trastornos como la depresión o el Alzheimer pueden alterar los circuitos neurales en nuestro cerebro y pueden conducir a nuevas formas de tratar estas enfermedades.

En 2018, Neuropixels estará disponible a precio de costo para los neurocientíficos de todo el mundo. Actualmente, hay alrededor de 400 prototipos en pruebas en centros de investigación líderes en todo el mundo. Los principales neurocientíficos ya los están utilizando en su trabajo para descubrir cómo las complejas redes de células cerebrales respaldan nuestra capacidad de aprender y tomar decisiones.

Se cree que el cerebro humano es el objeto más complejo del universo, con más de 70 mil millones de neuronas que controlan cómo pensamos, sentimos y nos comportamos. Para desentrañar esta complejidad, los investigadores necesitan medir miles de neuronas individuales, en todo el cerebro, al mismo tiempo.

Los dispositivos de grabación actuales dependen de electrodos de alambre que limitan el número que se puede colocar simultáneamente en el cerebro; por lo general, no tienen más que unas pocas docenas de sensores. Las nuevas sondas de silicio poseen 960 sitios de grabación distribuidos en grandes partes del cerebro, permitiendo a los investigadores registrar más neuronas simultáneamente en un solo experimento que nunca antes, detallan los autores.

Los diminutos electrodos supersensibles en las sondas de 'Neuropixel' pueden registrar la actividad de cientos de neuronas individuales de múltiples regiones cerebrales en tiempo real. Esto les dará a los científicos una idea mucho más clara de cómo las diferentes partes del cerebro trabajan juntas para procesar la información. Podría ayudar a los investigadores a comprender mejor cómo se toman las decisiones y cómo se regula la emoción.

Los neurocientíficos utilizan el cerebro del ratón y la rata como modelos para el cerebro humano, ya que una gran parte de la estructura y la conectividad que existe en los cerebros humanos también está presente en los roedores, en una escala más pequeña.

Cambios cerebrales

Las sondas fueron desarrolladas por un equipo internacional financiado con 5,5 millones de dólares del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI, por sus siglas en inglés), el Instituto Allen para Ciencias del Cerebro, la Fundación Benéfica Gatsby, en Estados Unidos, y Wellcome Trust, Reino Unido. Los científicos en el Campus de Investigación Janelia del HHMI, el Instituto Allen, en Estados Unidos, y el University College London (UCL), en Reino Unido, trabajaron conjuntamente con ingenieros de la empresa de nanotecnología imec para construir y probar las sondas.

Las sondas 'Neuropixels' tienen 10 mm de largo (aproximadamente del mismo tamaño que un cerebro de ratón o de rata) de 70x20 micrómetros de ancho, con 100 sitios de grabación por milímetro. La sonda transforma automáticamente las señales eléctricas que detecta en datos digitales listos para el análisis computacional. Los científicos de UCL han desarrollado nuevos métodos de análisis de datos para transformar esos datos en información significativa sobre la actividad de las células cerebrales individuales.

Timothy Harris, investigador del Campus de Investigación Janelia del HHMI y líder de la colaboración de 'Neuropixels', subraya: "Cada acción y decisión que tomas involucra las interacciones de millones de neuronas repartidas por tu cerebro. Esta nueva tecnología nos permite detectar la actividad de un gran número de neuronas de múltiples regiones cerebrales con mucha menos dificultad. Creo que serán transformacionales y acelerarán en gran medida el ritmo de la investigación en neurociencia".

Por su parte, Matteo Carandini, investigador de Wellcome y neurocientífico de UCL, apunta: "Para comprender el cerebro, necesitamos entender cómo funcionan muchas neuronas en todo el cerebro. Hasta hace poco, era posible medir la actividad de las neuronas individuales dentro de un punto específico en el cerebro o revelar patrones regionales más grandes de actividad, pero no hacer ambas cosas al mismo tiempo. Estas sondas son un cambio de juego. Si las colocas de manera apropiada, realmente puedes estudiar cómo trabajan juntas las diferentes partes del cerebro en el nivel neuronal".

Los investigadores han demostrado que las sondas pueden usarse en experimentos de larga duración con animales que se mueven libremente, en experimentos con ratones que duran hasta 150 días. Los experimentos a largo plazo permiten a los científicos estudiar los cambios en el cerebro resultantes del desarrollo, la experiencia y el aprendizaje, así como los efectos de los procesos neurodegenerativos en la enfermedad. Los científicos del consorcio presentarán los datos recopilados mediante sondas prototipo 'Neuropixels' en la Reunión Anual de la Sociedad de Neurociencia, que se celebra en Washington, Estados Unidos, entre el 11 y el 15 de noviembre.