Control de los estados cerebrales con un rayo de luz

Investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), en colaboración con el Instituto de Investigación Biomédica August Pi i Sunyer (IDIBAPS), han conseguido controlar la actividad neuronal del cerebro utilizando una molécula sensible a la luz.

Transiciones de los estados cerebrales

El cerebro humano presenta diferentes estados apreciables, dependiendo de la comunicación que pueda existir entre los miles de millones de neuronas que existen en él. A menudo, es considerado una especie de “caja negra” a la que médicos e investigadores les resulta muy difícil acceder.

Existen pocas herramientas para realizar estudios precisos y espaciotemporales sobre el comportamiento neuronal cerebral, y el aporte hecho por el IBEC es un avance notorio.

El estudio contó con participantes de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) y se llevó a cabo en el marco del Proyecto Cerebro Humano de la Unión Europea. Básicamente, se describe la primera manera de fotomodular directamente las transiciones de un estado cerebral, “in vivo”.

El trabajo, liderado por los profesores de Investigación Pau Gorostiza y Mavi Sánchez-Vives, ha sido publicado recientemente en la revista Advanced Science.

Los resultados obtenidos muestran que esta nueva molécula, llamada PAI, controla específica y localmente los receptores colinérgicos muscarínicos, o sea, los receptores de acetilcolina, un neurotransmisor cerebral muy importante en varios procesos, como en la atención o la memoria.

Al aplicar PAI al cerebro intacto, y posteriormente a la luz blanca, los investigadores pudieron modular las oscilaciones lentas espontáneas en circuitos neuronales y manipular reversiblemente la frecuencia oscilatoria del cerebro.

Esta nueva herramienta de ingeniería química permitió inducir e investigar en detalle, de forma controlada y no invasiva, las transiciones del cerebro entre los estados dormido-despierto, mediante iluminación directa.

Nueva herramienta para el control de los estados cerebrales

La transición entre estar dormido a estar despierto, o despertar de un coma, se basa en la transmisión de señales químicas y eléctricas que ocurren entre grupos de neuronas que están involucradas directamente en diferentes funciones.

Las técnicas actuales para modular la actividad neuronal como estimulación transcraneal-magnética o de ultrasonido, tienen limitaciones en el rendimiento espaciotemporal y espectral. Los investigadores, para superar alguno de estos inconvenientes, aplicaron fotofarmacología, por lo que utilizaron una molécula previamente desarrollada, que responde a la luz y permite modulación.

Con este enfoque, las transiciones de estado cerebral, dependiente de inervación colinérgica, pueden ser controladas por la luz utilizando fármacos diseñados químicamente para ser fotosensibles.

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