sábado, 6 de febrero de 2016

UNA NEURONA ES COMO UN SER HUMANO EN SOCIEDAD

Los pasitos de la ciencia: el color discrimina

 Pedro H. Guanir

En las estrategias de la ciencia, el color puede ser un medio potente.
Disección del cerebro de la Drosophila. Julie Simpson, Howard Hughes Medical Institute, Janelia.

Nos interesa lograr un acumulador de la energía de las olas del mar o del calor de la Tierra, nos interesa curar el cáncer, reducir la ansiedad o generar trabajo. La ciencia trabaja para todo esto. ¿Cómo?

Una primera condición es buscar los componentes más sencillos y subdividirlos en unidades más pequeñas hasta llegar a la unidad más simple. En la física, por ejemplo, cuerpo-> molécula->elemento-> átomo->partícula-> electrón, quark, etc. En la biología, organismo->órgano->tejido->célula->membrana. Citoplasma, núcleo, etc. En la lingüística, se pasa desde el discurso o texto a la frase, palabra, silaba, sonido o letra. Etc.

Luego, se analizan, cómo se comportan entre sí o con otras unidades para ver cuáles son las causas, condiciones o consecuencias. De esta forma, se controla la realidad y se interviene en ella.


CURIOSIDAD POR CONOCER NUESTRO CEREBRO

La curiosidad insaciable del ser humano también se ha dirigido a su propio cerebro pensante. ¿Cómo pensamos? Antes se tuvo que averiguar las partes de cerebro, por eso la masa grasa del cerebro fue cortada en rodajas por los curiosos científicos durante siglos, hasta llegar el componente más sencillo: la neurona

Las neuronas no sólo son células muy pequeñas, sino que además se integran con sus vecinas formando un revoltijo. Estudiarla no ha sido fácil.

LA PESCA DE UNA NEURONA

El neurocirujano alemán Deiters, ya con el microscopio, obtuvo, en torno a 1860, una imagen completa de una célula nerviosa, mostrando que su cuerpo tiene, en un extremo, una fibra larga, que más tarde se conoció como el axón (encargado de transmitir el impulso), y, en el otro extremo, un grupo arborescente de ramas cortas, que luego sería conocido como dendritas (receptoras de la información).
 
Dibujo de Otto Deiters de una neurona, en 1865.
Para todos los efectos, la neurona es un centro de información, pues recibe impulsos (recepción), los procesa (asociación) y los retransmite (ejecución), aunque, de forma más simple, eso lo hace el organismo más sencillo de una sola célula como es una ameba.

EL COLOR DISCRIMINA

Es muy fácil distinguir en un rebaño una oveja si la teñimos de negro. Esto es lo que hizo, una década después, Golgi. Descubrió que, bañando el tejido cerebral en dicromato de potasio, y luego en nitrato de plata, teñía a las neuronas.
Dibujo de  Camillo Golgi del bulbo olfativo de un perro, 1875

El método de Golgi fue descuidado durante 14 años, hasta que el científico español, Santiago Ramón y Cajal, lo retomó y, en 1887, evidenció que una neurona es una unidad individual, en lugar de parte de una red, que era lo que pensaban muchos científicos en el momento.

Dibujo de Cajal de las células del cerebelo de un pichón, 1899.

 Instituto Santiago Ramón y Cajal, Madrid.

En definitiva, la unidad existe, aunque la unidad se integra con otras unidades, formando asambleas de células.

LA PROTEÍNA LUCIÉRNAGA

No hay nada como los remedios naturales. No se puede ir por ahí pintando las neuronas…

En la década de 1960, el biólogo marino Osamu Shimomura descubrió la llamada proteína verde-fluorescente o GFP, una proteína brillante en especial en las medusas Aequorea. Con ello, no hace falta usar tintes, pues se cuenta con esa proteína fluorescente en la investigación biológica, sobre todo, si hace uso de la genética. Efectivamente, se intenta reproducir en otros organismos vivos.
 Proteína fluorescente en un gusano, Chalfie et al. (1994)


FOTOCOPIA BIOLÓGICA EN COLOR

 En la década de 1990, el neurobiólogo Martin Chalfie insertó en las neuronas de un gusano un fragmento de ADN que codifica la proteína fluorescente GFP, produciendo así la proteína brillante que ilumina las células bajo la luz azul.

Luego, los investigadores modificaron las secuencias de genes, de forma que codificaron, de la proteína brillante, colores derivados en rojo, amarillo y azul.

UNA PALETA DE COLORES

Más tarde, en 2007, el neurocientífico Jean Livet, que trabaja en la Universidad de Harvard con Joshua Sanes y Jeff Lichtman, encontró una forma inteligente de utilizar esos tres o cuatro colores fluorescentes para convertirlos en un centenar de diferentes tonalidades.

 Esta técnica, conocida como Brainbow, permitió a los investigadores visualizar bien los circuitos neuronales e incluso etiquetar y rastrear las células nerviosas durante su desarrollo.

SEGUIMIENTO ESPÍA

Para visualizar y realizar un seguimiento de las neuronas, se han utilizado otros métodos como teñir los anticuerpos y virus para seguir el trazo a través de los circuitos neuronales.

Virus de la rabia modificado para revelar la conexión de varias partes del cerebro con las neuronas generadoras de dopamina, como son área tegmental ventral o la sustancia negra. Los puntos verdes representan las neuronas que proporcionan "inputs"(señales de entrada) a un grupo de neuronas de dopamina en el área tegmental ventral y los puntos rojos son las neuronas que proporciona "inputs" a otro conjunto de neuronas de dopamina en la región de la sustancia negra del cerebro. Mitsuko Watabe-Uchida y Sachie Ogawa 



¡CUÁNTO ESFUERZO EN MOVER UN DEDO!

Es crucial, en las conexiones, saber cómo funcionan en su conjunto las neuronas durante una tarea determinada. Una versión modificada de la técnica de hoja de microscopía óptica  permite ahora investigar la actividad de miles de neuronas en el mismo momento ante una tarea determinada

La imagen me recuerda la foto nocturna de una gran ciudad con miles de edificios iluminados: ¡Asombrosa actividad en conexión!
Evidentemente, somos cada uno lo que somos, y necesitamos salvar nuestra independencia, pero necesitamos, a su vez, como las neuronas, asociarnos y trabajar sincronizados en busca de metas.


 Un pez cebra en situación larval. En (a), cada color representa la actividad neurológica en un momento diferente. Panel (b) muestra la actividad en un solo momento. Panel (c) es un mapa computacional de la actividad correlacionada en el mismo cerebro como en b. Los colores distribuidos indican patrones comunes de la actividad. Barras de escala son 50 μm. Crédito: Philipp J Keller, Misha B Ahrens Jeremy Freeman.


EL CEREBRO EN 3D

En 2013, los científicos desarrollaron el método, llamado CLARIDAD, un proceso para hacer transparente un cerebro de ratón. Usando este procedimiento con el que se ven los cerebros en desarrollo, los científicos pueden analizar las neuronas de los animales que brillan en conjunto en su cerebro tridimensional.

LA TÉCNICA SE PASA AL ARTE

Ahora, incluso la técnica ha conseguido asombrosos resultados estéticos, como la imagen  que el neurocientífico Luis de la Torre Ubieta, de la UCLA, ha realizado de una rebanada transparente de cerebro de ratón, para lo que ha tomado cuidadosamente las imágenes de cada 5,3 micrómetros antes de combinarlos en una sola. Las conocidas neuronas brillantes son codificadas por colores según su profundidad, desde el rojo (lo superior), pasando por el naranja, amarillo, púrpura, hasta el azul y verde (lo inferior).
Luis de la Torre-Ubieta, Geschwind Laboratory, UCLA, CC BY-NC-ND 4.0, Wellcome Image


CONCLUSIÓN

Las neuronas, centros de información básica y en conjunción con otras, comienzan a tener nombre propio y a ser conocidos sus entresijos ante determinadas actividades, gracias a su discriminación cromática.

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RESUMEN
PASITO A PASO ENTRAMOS EN UNIVERSO DEL CEREBRO

La curiosidad insaciable del ser humano también se ha dirigido a conocer su propio cerebro. Deiters, un neurocirujano alemán, obtuvo, con el microscopio, en torno a 1860, una imagen completa de una neurona. Pero ¿cómo captar su relación en un tejido completo? Entonces  Golgi logró teñir las neuronas, bañando con una sustancia el tejido cerebral, trabajo que continúo Santiago Ramón y Cajal. Faltaba, sin embargo, estudiar su seguimiento en vivo. Eso lo facilitó, en la década de 1960, el biólogo marino Osamu Shimomura cuando descubrió una proteína verde-fluorescente, en las medusas Aequorea, pues sirvió para que, en la década de 1990, el neurobiólogo Martin Chalfie insertara en las neuronas de un gusano un fragmento de ADN con la que codificó la proteína fluorescente. Este poder de la genética la aprovecharon los investigadores modificando las secuencias de genes de la proteína brillante y obteniendo colores como el rojo, amarillo y azul. El número de colores lo multiplicó en 2007 el neurocientífico Jean Livet consiguiendo un centenar de diferentes tonalidades. Hasta el punto de que el cerebro queda retratado como un cuadro abstracto multicolor  como la imagen  que mostramos del neurocientífico Luis de la Torre Ubieta, realizada de una rebanada transparente de un cerebro de ratón.

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FUENTE: Información parcial obtenida a través de…
13 April 2015

IMÁGENES:
1. Otto Deiters' drawing of a neuron, published in 1865.
2. Camillo Golgi's drawing of a dog's olfactory bulb, 1875.
3. Cajal's drawing of cells in a pigeon's cerebellum, 1899. Label A shows Purkinje cells, and label B shows granule cells. Image from Instituto Santiago Ramón y Cajal, Madrid via Wikimedia.
4. Glowing C. Elegans, Chalfie et al. (1994)
5. A cross-section of Drosophila's brain. Julie Simpson, Howard Hughes Medical Institute, Janelia. 
6. In this image, scientists used a modified rabies virus to reveal the connections of various parts of the brain to dopamine neurons. Green dots represent neurons providing inputs to one group of dopamine neurons in the ventral tegmental area and red dots are the neurons providing inputs to another set of dopamine neurons in the substantia nigra region of the brain. Mitsuko Watabe-Uchida and Sachie Ogawa
7. Here's a larval zebrafish, with its head shown in gray. In (a), each color represents neural activity at a different time point. Panel (b) shows activity at a single time point. Panel (c) is a computational map of correlated activity across the same brain as in b. Shared colors indicate common patterns of activity. Scale bars are 50 μm. Credit: Philipp J Keller, Misha B Ahrens & Jeremy Freeman


Luis de la Torre-Ubieta

Luis se crió en San Juan, Puerto Rico, y recibió su doctorado en neurobiología de la Escuela de Medicina de Harvard en el laboratorio de Azad Bonni. A lo largo de su carrera académica, Luis ha estado fascinado con el universo microscópico de las células cerebrales.  Luis es actualmente postdoctor en la Universidad de California, Los Angeles (UCLA) en el laboratorio de Daniel Geschwind, donde se está aplicando estas técnicas de imagen de vanguardia para estudiar los cerebros de pacientes con autismo. Ha sido el recipiente de numerosos premios de investigación académica, incluidos los de la National Science Foundation y el Instituto de Medicina Regenerativa de California, y su trabajo fue presentado recientemente en la portada de 'neurona'.

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