Una vida variada potencia las redes funcionales del cerebro
Resultados de un estudio en ratones con una nueva técnica de biosensado
Que las experiencias dejan huella en la conectividad del cerebro se sabe desde hace tiempo, pero un estudio pionero realizado por investigadores del Centro Alemán de Enfermedades Neurodegenerativas (DZNE) y la Universidad Tecnológica de Dresde (TUD) muestra ahora lo masivos que son realmente estos efectos. Los hallazgos en ratones proporcionan una visión sin precedentes de la complejidad de las redes neuronales a gran escala y de la plasticidad cerebral. Además, podrían allanar el camino hacia nuevos métodos de inteligencia artificial inspirados en el cerebro. Los resultados, basados en una innovadora tecnología de "cerebro en chip", se publican en la revista científica "Biosensors and Bioelectronics".
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Los investigadores de Dresde estudiaron cómo afecta una experiencia enriquecedora a los circuitos cerebrales. Para ello, desplegaron un denominado neurochip con más de 4.000 electrodos para detectar la actividad eléctrica de las células cerebrales. Esta innovadora plataforma permitió registrar el "disparo" de miles de neuronas simultáneamente. El área examinada -mucho más pequeña que el tamaño de una uña humana- abarcaba todo el hipocampo de un ratón. Esta estructura cerebral, compartida por los seres humanos, desempeña un papel fundamental en el aprendizaje y la memoria, lo que la convierte en un objetivo primordial para los estragos de demencias como la enfermedad de Alzheimer. Para su estudio, los científicos compararon el tejido cerebral de ratones criados de forma diferente. Mientras que un grupo de roedores creció en jaulas estándar, que no ofrecían ningún estímulo especial, los otros se alojaron en un "entorno enriquecido" que incluía juguetes reordenables y tubos de plástico similares a laberintos.
"Los resultados superaron con creces nuestras expectativas", afirma el Dr. Hayder Amin, científico principal del estudio. Amin, experto en neuroelectrónica y neurociencia nomputacional, dirige un grupo de investigación en el DZNE. Con su equipo, desarrolló la tecnología y las herramientas de análisis utilizadas en este estudio. "Simplificando, se puede decir que las neuronas de los ratones del entorno enriquecido estaban mucho más interconectadas que las de los criados en alojamientos estándar. Independientemente del parámetro que analizáramos, una experiencia enriquecida potenciaba literalmente las conexiones en las redes neuronales. Estos hallazgos sugieren que llevar una vida activa y variada moldea el cerebro sobre bases totalmente nuevas".
Una visión sin precedentes de las redes cerebrales
El profesor Gerd Kempermann, que codirige el estudio y ha estado trabajando en la cuestión de cómo la actividad física y cognitiva ayuda al cerebro a formar resiliencia frente al envejecimiento y las enfermedades neurodegenerativas, da fe de ello: "Todo lo que sabíamos hasta ahora en este campo procedía de estudios con electrodos individuales o de técnicas de imagen como la resonancia magnética. La resolución espacial y temporal de estas técnicas es mucho más gruesa que la de nuestro enfoque. Aquí podemos ver literalmente el funcionamiento de los circuitos a escala de una sola célula. Aplicamos herramientas computacionales avanzadas para extraer de nuestras grabaciones una enorme cantidad de detalles sobre la dinámica de la red en el espacio y el tiempo."
"Hemos descubierto una gran cantidad de datos que ilustran los beneficios de un cerebro moldeado por una rica experiencia. Esto allana el camino para comprender el papel de la plasticidad y la formación de reservas en la lucha contra las enfermedades neurodegenerativas, especialmente en lo que respecta a nuevas estrategias preventivas", afirmó el profesor Kempermann, quien, además de ser investigador del DZNE, también está afiliado al Centro de Terapias Regenerativas de Dresde (CRTD) de la Universidad Técnica de Dresde. "Además, esto ayudará a comprender mejor los procesos patológicos asociados a la neurodegeneración, como las disfunciones de las redes cerebrales".
Potencial de la inteligencia artificial inspirada en el cerebro
"Al desentrañar cómo las experiencias moldean el conectoma y la dinámica del cerebro, no sólo estamos ampliando los límites de la investigación cerebral", afirma el Dr. Amin. "La inteligencia artificial se inspira en la forma en que el cerebro computa la información. Así, nuestras herramientas y los conocimientos que permiten generar podrían abrir el camino a novedosos algoritmos de aprendizaje automático."
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