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Chips y Robots para el estudio del cerebro humano

Con el fin de entender cómo controla el cerebro las funciones tales como reflejos simples o el aprendizaje y la memoria, debemos ser capaces de registrar la actividad de las grandes redes y grupos de neuronas compuestas por millones de células. Los métodos convencionales han permitido a los científicos registrar la actividad de las neuronas durante minutos pero una nueva tecnología, desarrollada por investigadores de la University of Calgary, conocida como un chip híbrido neuro-biónico, es capaz de registrar la actividad en las células cerebrales de los animales durante semanas a una resolución mucho mayor. El avance tecnológico se publicó en la revista Scientific Reports de octubre 2016.

Estos chips son 15 veces más sensible que los neurochips convencionales, dice Naweed Syed, PhD, director científico de la Universidad de Calgary, miembro del Hotchkiss Brain Institute y autor principal del estudio.

“Esto permite amplificar con mayor facilidad las señales de las células cerebrales y ver grabaciones en tiempo real de la actividad de las células cerebrales en una resolución que nunca se ha logrado antes.”

La grabación de esta actividad durante una larga duración permite ver los cambios que se producen con el tiempo, en la propia actividad. Esto ayuda a entender por qué ciertas neuronas forman conexiones entre sí y por qué otros no lo harán.

El equipo multi-facultad creó el chip para imitar el contacto biológico natural entre las células cerebrales, esencialmente engañar a las células del cerebro haciéndole creer que se están conectando con otras células cerebrales.Como resultado, las células se conectan inmediatamente con el chip, lo que permite a los investigadores ver y registrar la comunicación de dos vías como iría entre dos células con funcionamiento normal del cerebro.

“Hemos simulado lo que hace en la naturaleza y las células del cerebro cuentan con un entorno en el que se sienten como si estuvieran en casa”, explica uno de los investigadores. “Esto ha permitido incrementar la sensibilidad de nuestras lecturas y ayudar a las neuronas a construir una relación a largo plazo con nuestro chip electrónico.”

Aunque aún son experimentos con animales, este aumento de la resolución y la capacidad de realizar grabaciones de larga duración está trayendo la tecnología un paso más cerca de ser eficaz en el registro de la actividad de las células cerebrales humanas.

Las señales de las células cerebrales humanas son más pequeñas y por lo tanto requieren herramientas electrónicas más sensibles que sean diseñadas para captar las señales. Los investigadores esperan que la tecnología será algún día usada como herramienta para ofrecer opciones terapéuticas personalizadas a los pacientes frente a la enfermedad neurológica.

©gatech
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Estudiando las neuronas con la ayuda de robots

Mientras unas investigaciones avanzan con dispositivos implantables en el cerebro, los expertos en neurociencia continúan explorando el estudio del comportamiento del mismo con tecnologías no invasivas. Gracias a la automatización de algunos análisis se podría acelerar la recopilación de la información con la que los dispositivos recogen los datos.

Una nueva técnica que utiliza un método de grabación conocido como platch-clamping limpia de forma robotizada las pequeñas pipetas de vidrio llenas de líquido conectadas a las neuronas individuales. Hasta ahora, ese proceso se realizaba manualmente con lo que se ralentizaba la investigación. Ahora, una técnica de limpieza robótica desarrollada por investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia permite que las pipetas sean reutilizados para un máximo de 11 grabaciones, y potencialmente más, permitiendo que la grabación sea más automatizada.

Esto podría permitir a la neurociencia el tipo de automatización de la investigación que hemos visto en otros campos como la biología molecular, y aumentar espectacularmente nuestra capacidad de escuchar las señales del cerebro.

Con el apoyo de los Institutos Nacionales de Salud y el Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro, se informó de la investigación en la revista Scientific Reports . Sobre la base de su técnica de limpieza y las innovaciones anteriores que automatizan el proceso de conectar las pipetas a las células , los investigadores de Georgia Tech han demostrado lo que se cree que es el primer robot para realizar una grabación de patch-clamp secuencial en cultivo celular, secciones de cerebro, y en el mismo cerebro vivo, sin un operador humano .

 

Para compartir lo que está haciendo, el robot conocido como “patcherBot” -tiene su propia cuenta de Twitter para informar automáticamente de cada célula que se registra. “Este es el primer robot de la neurociencia social”. Síguelo en @PatcherBot.

[youtube]https://www.youtube.com/watch?v=OfhXAxIpsuA[/youtube]

 

Fuentes: Universidad de Calgary  y Georgia Tech.