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Españoles en el diseño de interfaz que conectará cerebros

Nuestro cerebro genera neuronas hasta los 90 años y será capaz de pasar información directa a otros

La región del cerebro humano conocida como giro dentado produce nuevas neuronas hasta la novena década de vida. / Pixabay

Las neurointerfaces del futuro podrían transferir información entre personas directamente, desde el cerebro de una persona al de otra: Acaba de ser diseñada la interfaz necesaria y elevar las el rendimiento humano, por un ​equipo internacional de científicos con participación de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM).
Sinc 26 de marzo de 2019 Enviar a un amigo
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La mayoría de las neuronas ya se encuentran en el cerebro en el momento del nacimiento. No obstante, la formación de nuevas neuronas en el órgano adulto puede ocurrir en ciertas regiones, como el hipocampo. Aunque trabajos anteriores han establecido que este fenómeno ocurre en roedores y otras especies de vertebrados, este proceso en los humanos ha sido cuestionado por investigaciones recientes sin llegar a una clara conclusión.

Ahora, un estudio liderado por María Llorens-Martín, científica del Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CBM-CSIC), demuestra que una región del cerebro humano –conocida como giro dentado– produce nuevas neuronas hasta la novena década de vida. Los resultados, a partir del análisis de muestras de tejido de 58 participantes humanos, han sido publicados en Nature Medicine.

Los autores encontraron que, si bien hay cierto declive asociado con la edad, la neurogénesis en el hipocampo del cerebro humano adulto puede observarse a lo largo de toda la vida, al menos hasta los 87 años de edad. Sin embargo, observaron que disminuye drásticamente en pacientes con enfermedad de Alzheimer.

Si bien hay cierto declive asociado a la edad, la neurogénesis en el hipocampo del cerebro humano adulto puede observarse, al menos, hasta los 87 años

“La manera en que se procesa el tejido cerebral afecta de manera crítica a la detección de las neuronas inmaduras en el hipocampo humano”, explica a Sinc Llorens-Martín. “Quedan muchísimas cosas por saber, pero esperamos contribuir al avance del conocimiento sobre este proceso”.

El nacimiento de nuevas neuronas en el cerebro humano adulto posee una gran importancia para la medicina moderna, ya que este tipo especial de neuronas generado en el hipocampo participa en la adquisición de nuevos recuerdos y en el aprendizaje en ratones.

“Nuestro estudio aporta datos desconocidos hasta el momento sobre cómo maduran estas células en el giro dentado humano, tanto durante el envejecimiento fisiológico como patológico en el alzhéimer”, añade la investigadora española.

“Aún queda mucho camino por recorrer para aplicar estos resultados al tratamiento de seres humanos, pero los resultados obtenidos son esperanzadores ya que muestran la existencia de una población dinámica de células que en otras especies de mamíferos han mostrado ser importantes para la regulación de la memoria”, subraya Llorens-Martín.

Aplicación en alzhéimer

El estudio también analiza de manera comparada el proceso de neurogénesis hipocampal adulta en un grupo de 13 individuos sanos y 45 pacientes con enfermedad de Alzheimer.

Los autores han descubierto que el número de nuevas neuronas disminuye de manera drástica en los estadios iniciales de la enfermedad para continuar decreciendo progresivamente a medida que avanza la dolencia.

Además, estas células encuentran problemas en distintas etapas del proceso madurativo de las neuronas. Como consecuencia de este bloqueo, el número de neuronas generadas que finalmente alcanza la maduración total es mucho menor en estos pacientes.

“Estos hallazgos poseen una gran importancia en las enfermedades neurodegenerativas y, concretamente, en el alzhéimer. En este sentido, la detección precoz de una disminución en la generación de nuevas neuronas podría ser un marcador temprano de la enfermedad”, apunta.

“Si fuera posible incrementar el nacimiento y maduración de las nuevas neuronas de una manera similar a como se hace en los ratones de laboratorio, podrían abrirse nuevas posibilidades terapéuticas que podrían ser útiles para paliar o ralentizar el avance de esta enfermedad”, concluye Llorens-Martín.

Divergencias con otras investigaciones

Este trabajo analiza en profundidad las causas de la obtención de posibles resultados contradictorios encontrados por distintos grupos de investigación.

Estos hallazgos poseen una gran importancia en las enfermedades neurodegenerativas y, concretamente, en el alzhéimer

El estudio demuestra que los tratamientos químicos a los que es necesario someter las muestras de tejido cerebral humano para su posterior estudio afectan de manera crítica a la detección de la presencia de las neuronas inmaduras.

Los autores señalan que las discrepancias pueden ser el resultado de diferencias en las metodologías utilizadas o en la calidad de las muestras de tejido examinadas.

Este análisis evalúa si factores como las técnicas de fijación de tejidos o los retrasos en el tiempo entre la adquisición y el procesamiento de tejidos pueden afectar la calidad de la tinción histológica, que es crítica para la detección de nuevas neuronas.

Los investigadores demostraron que, tras someter muestras obtenidas de los mismos sujetos a distintos tratamientos químicos, se observaban números de células muy diferentes. Además, cuando dichos tratamientos eran más agresivos o prolongados en el tiempo, la señal emitida por las nuevas neuronas desaparecía completamente.

Referencia bibliográfica:

E. P. Moreno-Jiménez*, M. Flor-García*, J. Terreros-Roncal*, A. Rábano, F. Cafini, N. Pallas-Bazarra, J. Ávila and M. Llorens-Martín. Adult hippocampal neurogenesis is abundant in neurologically healthy subjects and drops sharply in patients with Alzheimer’s disease. Nature Medicine. DOI: 10.1038/s41591-019-0375-9


Las neurointerfaces del futuro podrían transferir información entre personas directamente, desde el cerebro de una persona al de otra. / Freepik
 

Interfaz española cerebro-cerebro para transmitir información. Entre personas y elevar  el rendimiento human

Un equipo internacional de científicos, del que ha formado parte el investigador Alexander Pisarchik del Centro de Tecnología Biomédica de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), ha dado un paso más allá en el desarrollo de interfaces neuronales (cerebro-ordenador) para proponer una interfaz que implica la transferencia de información entre personas directamente (de cerebro a cerebro).
Las interfaces cerebro-ordenador pueden mejorar las habilidades individuales de las personas, pero ¿es posible mejorar las capacidades cognitivas de un grupo de personas? Tras llevar a cabo un experimento, el equipo de investigadores ha propuesto una interfaz cerebro-cerebro que calcula los estados cerebrales de cada participante y distribuye una carga cognitiva entre todos los miembros del grupo que realiza una tarea en común. La interfaz permite, a partir del análisis de la actividad cerebral, compartir la carga de trabajo entre todos los participantes en función de su rendimiento cognitivo en cada momento.
Los investigadores proponen una interfaz para transferir información entre personas directamente: de cerebro a cerebro
Las interfaces neuronales permiten controlar dispositivos externos mediante el pensamiento. Además, debido a sus posibles aplicaciones en diferentes ámbitos, entre los que destacan el médico y el lúdico, se han convertido en amplio objeto de estudio y experimentación. La siguiente etapa en el desarrollo de las neurointerfaces pueden ser los sistemas que aseguran la transferencia de información entre personas directamente, desde el cerebro de una persona al cerebro de otra. Y esto es precisamente lo que ha estudiado un equipo formado por investigadores de distintos países, que ha publicado los resultados de su trabajo en la revista líder de neurociencias Frontiers in Neuroscience.
El equipo, formado por investigadores de España, Rusia y Alemania, llevó a cabo un experimento en el que dos personas resolvieron un problema conjuntamente en condiciones de alta carga cognitiva. La comunicación entre las personas se llevó a cabo mediante la distribución de la carga entre los sujetos, según su grado de fatiga cognitiva, con la ayuda de electroencefalogramas. La tarea era clasificar imágenes con diferentes grados de ambigüedad que aparecían en una pantalla.
Ejercicio de clasificación de imágenes
La clasificación de imágenes altamente ambiguas requirió un gran esfuerzo cognitivo en comparación con las más claras. La carga cognitiva fue causada por la larga duración del experimento (40 minutos) y pequeñas pausas entre la presentación de las imágenes (5-7 segundos). Por lo tanto, era necesario que el sujeto mantuviera un alto nivel de concentración durante todo el experimento.
En la primera etapa, los sujetos resolvieron el problema de forma independiente. A cada uno de ellos se le presentó el conjunto completo de imágenes; de mayor y de menor ambigüedad. El análisis de las señales del electroencefalograma mostró que la red neuronal del cerebro no puede procesar continuamente la información sensorial y, al mismo tiempo, mantener un alto nivel de concentración. Hay períodos de fatiga cognitiva, caracterizados por una disminución en la atención, y períodos de recuperación, después de los cuales la concentración aumenta nuevamente.
La interacción entre personas a través de una interfaz neuronal requiere un monitoreo constante de su estado, por ejemplo, con su electroencefalograma
En la segunda etapa, se estableció una conexión entre los sujetos: se distribuyó un conjunto de imágenes entre ellos de acuerdo con su estado cognitivo, que se evaluó en tiempo real utilizando la neurointerfaz desarrollada. El sujeto, que se encuentra en un estado de fatiga cognitiva, recibió imágenes con poca ambigüedad. La clasificación de tales imágenes requería menos esfuerzo, lo que le permitió recuperarse más rápido.
En este momento, su compañero, que demostró un mayor nivel de concentración, recibió imágenes con gran ambigüedad, es decir, tomó la mayor parte de la carga cognitiva. Con esta distribución de carga, se demostró que los sujetos podrían estar en un estado de alta concentración por más tiempo. Además, una tarea con una mayor complejidad siempre fue entregada a un sujeto de prueba con una mayor concentración, lo que hizo posible aumentar la eficiencia de su resolución.
Los resultados indican que dichas interfaces neuronales cerebro-cerebro son capaces de utilizar de manera óptima el recurso cognitivo común de un grupo de personas para resolver una tarea conjunta al distribuir la tarea común entre las personas en función de información objetiva sobre el estado de su cerebro.
Al mismo tiempo, a diferencia de la interacción hombre-máquina, la interacción entre personas a través de una interfaz neuronal requiere un monitoreo constante del estado actual de los sujetos. Si una máquina siempre está lista para resolver una tarea compleja, para una persona, la complejidad de la tarea debe ser regulada debido a la limitación de su recurso cognitivo.
Como concluye Pisarchik, “los resultados que hemos obtenido pueden ser un punto de partida para el desarrollo de sistemas para la comunicación neural entre las personas que permitan 'sentir' las condiciones del otro y hacer que la interacción sea más eficiente”.
Referencia bibliográfica:
Maksimenko, V.A.; Hramov, A.E.; Frolov, N.S.; Luttjohann, A.; Nedaivozov, V.O.; Grubov, V.V.; Runnova, A.E.; Makarov, V.V.; Kurths, J.; Pisarchik, A.N. (2018). "Increasing Human Performance by Sharing Cognitive Load Using Brain-to-Brain Interface". Frontiers in Neuroscience 12 (949) DOI: 10.3389/fnins.2018.00949

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