Controlan con láser el cerebro de un mono

Científicos del MIT Media Lab de Estados Unidos han conseguido activar un conjunto específico de neuronas del cerebro de un mono usando lásers o flashes de luz. Este logro permitirá, algún día no muy lejano, controlar el cerebro humano, informa la revista Wired.

Esta misma técnica, denominada optogenética, había sido utilizada anteriormente para controlar y explorar los circuitos neuronales de los cerebros de peces, moscas y roedores, pero ésta es la primera vez que se ha usado en primates.

La optogenética es un campo emergente de investigación que combina la óptica y la genética con el fin de decodificar los mecanismos de la actividad eléctrica neuronal del cerebro, y también de estimular y controlar mediante la luz ciertas secciones del cerebro en momentos diversos.

La optogenética, en definitiva, permite controlar células aisladas y específicas por medio de pulsaciones de luz visible.

Activación neuronal con virus y luz

Según declaró Ed Boyden, neurocientífico del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) y director de esta investigación, el éxito en la aplicación de la optogenética en monos “abre el camino al desarrollo de nuevas terapias para el tratamiento de algunos trastornos psiquiátricos humanos”.

La belleza de la técnica optogenética radica en su especificidad. La combinación de lásers e ingeniería genética permite a los científicos controlar, al milisegundo, la activación de neuronas de una clase específica e identificar las células y circuitos problemáticos, dejando intactos el resto. Así, se pueden minimizar al máximo los posibles efectos secundarios.

Para su aplicación, los científicos diseñaron genéticamente virus destinados a infectar algunas neuronas con un tipo especial de canal, originalmente descubierto en algas, que es sensible a la luz azul. De esta forma, cuando el láser azul brilló sobre dichas neuronas infectadas, en éstas se abrieron los canales, permitiendo la entrada en ellas de iones que las activaron.

Para la técnica resulta crucial que los virus sean inyectados sólo en una muy pequeña parte del cerebro, y sólo en ciertos tipos de neuronas que, una vez infectadas, realmente abran el canal. El haz láser se concentra así en una pequeña porción del cerebro, en un objetivo muy preciso.

Esta especificidad contrasta con otras técnicas actuales de estimulación neuronal, como los medicamentos o los electrodos, cuyo alcance es mucho más amplio.

Terapias específicas y seguras

El método optogenético fue ideado en 2005 por Boyden y Karl Deisseroth, profesor de bioingeniería y psiquiatría de la Universidad de Stanford, y desde entonces ha sido utilizado para comprender cómo los circuitos neuronales pueden controlar diversos comportamientos, como el aprendizaje en ratones o la conciencia de que se debe escapar de los depredadores, en el caso de los peces.

Sin embargo, hasta ahora, los científicos nunca habían aplicado la técnica en primates. Este paso resultará esencial para el desarrollo de aplicaciones terapéuticas de la tecnología en humanos, sobre todo porque gracias a él se ha demostrado que la técnica es inocua.

De hecho, lo que se ha demostrado con la nueva investigación de Boyden, cuyos resultados aparecen descritos en el artículo “Millisecond-Timescale Optical Control of Neural Dynamics in the Nonhuman Primate Brain” (control óptico a escala temporal de milisegundos en el cerebro de primates no humanos), publicado por la revista Neuron, es que la optogenética no sólo funciona en primates, sino también que resulta segura para ellos.

Los macacos Rhesus (macaca mulatta) empleados en el experimento recibieron múltiples rondas de estimulaciones láser durante ocho o nueve meses, sin que resultasen dañadas las neuronas de su cerebro o se viera afectado el funcionamiento normal de su sistema inmunológico, una evidente preocupación cuando se utilizan virus.

Según Boyden, “muchos trastornos cerebrales están relacionados con cambios en clases específicas de células”, por eso, desde la perspectiva terapéutica “lo que se busca es causar determinados efectos en ciertas células, pero dejar intactas otras”.

Entre las aplicaciones futuras de la optogenética, ahora que se sabe que es segura, podrían figurar las prótesis neuronales emisoras de luz que sustituyan a los electrodos que se usan actualmente para la estimulación cerebral profunda.

Estos electrodos son eficientes, pero activan o silencian un demasiado amplio número de neuronas. Además, para su implantación se requiere de un procedimiento quirúrgico. Por ambas razones, este método se aplica como último recurso, por ejemplo, en enfermos de epilepsia que no responden a los medicamentos.

Aumentar el conocimiento

En definitiva, según Boyden, la capacidad “para curar problemas cerebrales dependerá en última instancia de cómo y cuáles efectos secundarios puedan tener los tratamientos”.

Con la optogenética se podrían detectar “tipos de células específicas, y se podrían utilizar neuromoduladores de artesanía terapéutica para aplicar terapias directas, garantizando al mismo tiempo un alto grado de bienestar”.

Pero, además, esta técnica serviría para estudiar y comprender mejor la relación entre circuitos neuronales específicos y comportamientos sin dañar el cerebro. El interés de los científicos se centraría, en particular, en conocer la relación entre dichos circuitos y las funciones cognitivas superiores características de los humanos.

Y es que, genéticamente, los ratones son un modelo ideal de organismo pero su repertorio de comportamientos no es muy sofisticado. Si los neurocientíficos esperan comprender y tratar problemas como la esquizofrenia, la depresión o algunos comportamientos compulsivos, como las adicciones, resulta necesario aplicar la optogenética a los primates.

La esperanza es que, si este tipo de investigaciones continúa en laboratorios de todo el mundo, sea posible comprender diferentes tipos de neuronas y cómo cada una de ellas contribuye a cada una de las funciones cognitivas más avanzadas.