Ingenieros neuro-científicos californianos han logrado literalmente, mediante una prótesis neuronal cortical, encender y apagar los recuerdos de ratas desmemoriadas, pulsando el interruptor de la prótesis.La investigación californiana
El software de la prótesis consiste en un sistema electrónico que reproduce las señales neuronales asociadas con la memoria, sistema que los científicos han logrado reproducir observando la función cerebral en ratas con un comportamiento aprendido a largo plazo: "confrontadas con dos palancas, las ratas tenían que pulsar siempre la segunda, para lograr el alimento". El sistema funciona con la prótesis incluso cuando las ratas han sido drogadas para olvidar.
El hardware de la prótesis se implanta introduciéndoles a las ratas unos electrodos en el cerebro, que conectan dos subregiones concretas del hipocampo: la C1 y la C3. Cuando la señal se activa, las ratas recuerdan la estrategia para lograr comer {el praxema correcto}, y su error se reduce al 10%. Si el interruptor se desactiva, las ratas fallan de nuevo casi un 50% de los ensayos.
Según explica Theodore Berger, de la escuela de USC Viterbi de Ingeniería, que ocupa la cátedra David Packard en Ingeniería y es director del Centro de Ingeniería Neural USC: "Se pulsa el interruptor para encender la función mnemónica y las ratas recuerdan. Se pulsa para apagarla, y las ratas olvidan "
Estas experiencias demuestran de manera particularmente visible que se pueden restablecer circuitos cerebrales implicados en la memoria. La esperanza de un tratamiento adyuvante contra el alzhéimer, mediante prótesis neurocortical, aparece en el horizonte.
Berger es el autor principal de "Una prótesis neuronal cortical de restauración y mejora de la memoria", que se publicará en el Journal of Neural Engineering. Su equipo trabajó en este estudio con científicos de la Universidad Wake Forest, a partir de los recientes avances en nuestra comprensión de la zona del cerebro conocida como el hipocampo y su papel en el aprendizaje.
En el experimento, los investigadores hicieron que las ratas aprendieran una tarea, al presionar una palanca en lugar de otra para recibir una recompensa. Utilizando sondas eléctricas incrustadas, el equipo de investigación experimental, dirigido por Sam A. Deadwyler, del Departamento de Wake Forest de Fisiología y Farmacología, registró cambios en la actividad cerebral de las ratas entre las dos principales divisiones internas del hipocampo, conocidas como subregiones CA3 y CA1. El trabajo previo de los investigadores había demostrado que, durante el proceso de aprendizaje, el hipocampo convierte la memoria a corto plazo en memoria a largo plazo.
"Sin intervención del hipocampo", dijo Berger, "no hay memoria a largo plazo, sino solamente memoria a corto plazo". Investigaciones anteriores han demostrado que CA3 y CA1 interactúan para crear memoria a largo plazo,.
En una demostración bastante espectacular, los experimentadores bloquearon la interacción neuronal normal entre las dos áreas, mediante el uso de agentes farmacológicos. Entonces las ratas, a pesar de estar previamente entrenadas, dejaron de adoptar el comportamiento a largo plazo aprendido.
"Las ratas seguían sabíendo que ‘cuando se pulsaba primero la palanca izquierda, la vez siguiente había que pulsar la derecha, y viceversa' ", dijo Berger. "Y seguían sabíendo que, en general, había que presionar palancas para obtener el agua, pero sólo podían recordar durante cinco o 10 segundos si habían presionado la izquierda o la derecha."
Usando un modelo creado por el equipo de investigación de prótesis dirigido por Berger, los equipos se aventuraron entonces más lejos y desarrollaron un sistema artificial del hipocampo que podría duplicar el patrón de interacción entre CA3 y CA1.
Las ratas farmacológicamente bloqueadas recuperaron la capacidad de la memoria a largo plazo, cuando el equipo activó el dispositivo electrónico programado para duplicar la función de la memoria de codificación.
Además, los investigadores lograron demostrar que si una prótesis con sus electrodos asociados era implantada en animales con un hipocampo con funcionamiento normal, el dispositivo podía fortalecer realmente la memoria que se genera internamente en el cerebro, mejorando la capacidad de memoria de las ratas normales.
"Estos estudios integrados de modelos experimentales indican por la primera vez que, con suficiente información sobre la codificación neural de la memoria, una prótesis con capacidad neuronal de identificación y manipulación del proceso de codificación en tiempo real, puede restaurar e incluso mejorar los procesos cognitivos mnemónicos".
Los pasos siguientes, de acuerdo con Berger y Deadwyler, intentarán reproducir sobre monos los resultados obtenidos sobre ratas, con el objetivo de crear eventualmente prótesis que puedan ayudar a recuperar la función de la memoria a largo plazo por las víctimas humanas de la enfermedad de Alzheimer, de un derrame cerebral o de una lesión.
Además de Deadwyler y Berger, otros autores incluyen a Vasilis Z. Marmarelis, de USC Viterbi, profesor en investigación de ingeniería biomédica, y al asistente de investigación Dong Song, así como al profesor asociado de Wake Forest Robert E. Hampson y al investigador de post-doctorado Anushka Goonawardena.
Reflexiones de neuro-investigadores-clínicos españoles
Efectivamente la esperanza de un tratamiento adyuvante contra el alzhéimer, mediante prótesis neurocortical, aparece en el horizonte. Aunque los investigadores en neuropatogía se mantienen prudentes acerca de la posibilidad de que las técnicas que se vislumbran lleguen a aplicarse en personas antes de un tiempo razonable de investigación fundamental y aplicada, por la imposibilidad clínica de introducir electrodos a nivel profundo en el cerebro humano sin daño colateral.
El doctor Alberto Rábano, jefe de Neuropatología de la Fundación Centro de Investigación de Enfermedades neurológicas, destaca como un mérito de la investigación dirigida por Berger el que se haya centrado en el hipocampo. "Se sabe que es la región que está relacionada con el alzhéimer precoz, y todo lo que sea estimularlo puede ayudar". Efectivamente, en estas experiencias sobre ratas, se ha producido una electroestimulación de la regeneración neuronal, además de la conexión concreta entre las dos subregiones del hipocampo implicadas en la memoria.
Pablo Martínez-Lage, coordinador del Grupo de Estudio de Trastornos de la Conducta y Demencias de la Sociedad Española de Neurología, cree que el trabajo “es sin lugar a dudas positivo” . "Cada vez estamos aprendiendo más. Y, concretamente, sobre el alzhéimer, las técnicas de resonancia funcional magnética sobre circuitos cerebrales y manipulación de la conectividad cerebral están en alza".
Ambos especialistas coinciden en que este primer paso tiene, entre otros, un inconveniente: no se pueden introducir electrodos a nivel profundo en el cerebro. "Así, es inaplicable", afirma tajante Rábano. Pero los dos apuntan a la misma solución: "Seguramente se podrán traducir esas frecuencias a patrones eléctricos de superficie", dice Rábano. Lo que seguirá seguro es la posibilidad de activar el cerebro desde fuera, mediante magnetismo transcraneal", dice Martínez-Lage.
Martínez-Lage insiste en otro problema: "El salto desde el modelo animal al humano". "En este caso se repara un defecto que se ha provocado a las ratas". Y eso no es lo mismo que tratar problemas generados por otras causas, como las demencias, muchas de ellas aún con causas desconocidas. "Pero hay que dar un primer paso y puede ser éste", insiste Martínez-Lage.
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Fuentes:
1) “Restoring Memory, Repairing Damaged Brains”, By Eric Mankin on June 17, 2011, University of Southern California, Science / Technology
http://uscnews.usc.edu/science_technology/restoring_memor...
2) “Un par de electrodos en el cerebro recupera la memoria en ratas”El ensayo abre la puerta a largo plazo de dispositivos para el alzhéimer
Emilio DE BENITO - Madrid - 17/06/2011, El País.
http://www.elpais.com/articulo/sociedad/par/electrodos/ce...
3) “Un ensayo en ratas abre la puerta a la recuperación de la memoria”Se demuestra por primera vez la eficacia de un implante cerebral en la función cognitiva - El hallazgo permite investigar futuros tratamientos del alzhéimer
Emilio DE BENITO - Madrid - 18/06/2011, El País.
http://www.elpais.com/articulo/sociedad/ensayo/ratas/abre...
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21.06.11 | 20:05. Archivado en Universidades, Ciencias biomédicas, Investigación
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