Karl Deisseroth, el autor principal, en su laboratorio. Foto: Steve Fisch. Stanford University.
Científicos de la Universidad de Stanford han provocado en ratones alucinaciones visuales estimulando mediante pulsos lumínicos un grupo de neuronas de sus cerebros.
La alucinación es una percepción que no corresponde a ningún estímulo físico externo. Sin embargo, el cerebro siente esa percepción como real.
Los científicos usaron la optogenética, que combina métodos genéticos y ópticos, para provocar las excitaciones neuronales en los cerebros de los ratones y generar las alucinaciones. Los resultados se publican en la revista Science.
Los ratones habían sido modificados genéticamente para que sus neuronas produjeran una proteína específica sensible a la luz: dispara las neuronas cuando recibe un pulso lumínico.
El objetivo del experimento era estimular neuronas para que produjeran una imagen ilusoria en la mente de los animales y observar su comportamiento.
Los científicos observaron que bastaba con estimular un número significativamente pequeño de neuronas para generar la ilusión en los ratones, lo que provocó que se comportaran de una forma particular.
"En 2012, habíamos descrito la capacidad de controlar la actividad de neuronas seleccionadas individualmente en un animal despierto y alerta", explica Karl Deisseroth, uno de los autores de la investigación, en un comunicado.
Y añade: "ahora, por primera vez, hemos podido profundizar en esta capacidad para controlar múltiples células especificadas individualmente a la vez, y hacer que un animal perciba algo específico que, de hecho, no está realmente ahí, y se comporte en consecuencia".
Engañando al cerebro
Los investigadores querían implantar imágenes falsas en la corteza visual del cerebro de los ratones, ya que esta región genera imágenes a partir de la información lumínica que producen las retinas.
La misión de las retinas es transformar la luz que recibe a través de la visión, en un impulso nervioso que viaja hasta el cerebro a través del nervio óptico. Entonces se convierte en las imágenes que percibimos de la realidad.
El experimento consistió en un sofisticado recurso para engañar al cerebro de los ratones. Lo primero que hicieron los científicos fue, además de modificarlos genéticamente para que sus neuronas produjeran una proteína sensible a la luz, inducirles un comportamiento específico.
A los ratones se les mostraron series aleatorias de barras horizontales y verticales en una pantalla, al mismo tiempo que los científicos observaban la reacción de la corteza visual.
De esta forma pudieron identificar qué neuronas reaccionaban a qué orientación de las barras (si verticales u horizontales) y qué neuronas preferían una u otra orientación de las barras de la pantalla.
Finalmente, identificaron alrededor de 20 neuronas que se disparaban cuando registraban imágenes de barras verticales.
La alucinación es una percepción que no corresponde a ningún estímulo físico externo. Sin embargo, el cerebro siente esa percepción como real.
Los científicos usaron la optogenética, que combina métodos genéticos y ópticos, para provocar las excitaciones neuronales en los cerebros de los ratones y generar las alucinaciones. Los resultados se publican en la revista Science.
Los ratones habían sido modificados genéticamente para que sus neuronas produjeran una proteína específica sensible a la luz: dispara las neuronas cuando recibe un pulso lumínico.
El objetivo del experimento era estimular neuronas para que produjeran una imagen ilusoria en la mente de los animales y observar su comportamiento.
Los científicos observaron que bastaba con estimular un número significativamente pequeño de neuronas para generar la ilusión en los ratones, lo que provocó que se comportaran de una forma particular.
"En 2012, habíamos descrito la capacidad de controlar la actividad de neuronas seleccionadas individualmente en un animal despierto y alerta", explica Karl Deisseroth, uno de los autores de la investigación, en un comunicado.
Y añade: "ahora, por primera vez, hemos podido profundizar en esta capacidad para controlar múltiples células especificadas individualmente a la vez, y hacer que un animal perciba algo específico que, de hecho, no está realmente ahí, y se comporte en consecuencia".
Engañando al cerebro
Los investigadores querían implantar imágenes falsas en la corteza visual del cerebro de los ratones, ya que esta región genera imágenes a partir de la información lumínica que producen las retinas.
La misión de las retinas es transformar la luz que recibe a través de la visión, en un impulso nervioso que viaja hasta el cerebro a través del nervio óptico. Entonces se convierte en las imágenes que percibimos de la realidad.
El experimento consistió en un sofisticado recurso para engañar al cerebro de los ratones. Lo primero que hicieron los científicos fue, además de modificarlos genéticamente para que sus neuronas produjeran una proteína sensible a la luz, inducirles un comportamiento específico.
A los ratones se les mostraron series aleatorias de barras horizontales y verticales en una pantalla, al mismo tiempo que los científicos observaban la reacción de la corteza visual.
De esta forma pudieron identificar qué neuronas reaccionaban a qué orientación de las barras (si verticales u horizontales) y qué neuronas preferían una u otra orientación de las barras de la pantalla.
Finalmente, identificaron alrededor de 20 neuronas que se disparaban cuando registraban imágenes de barras verticales.
Pocas neuronas
Lo que siguió a continuación fue lo más sorprendente: iluminaron esas neuronas con un pulso lumínico y los ratones creyeron que estaban viendo barras verticales, cuando en realidad no había ninguna imagen y los ratones estaban completamente a oscuras.
Lo supieron porque los ratones se comportaron exactamente igual (bebían agua) que cuando veían realmente barras verticales. Ese comportamiento no se producía si el pulso lumínico se dirigía a las neuronas sensibles a las barras horizontales.
De esta forma, los científicos habían descubierto que las alucinaciones se pueden crear artificialmente, estimulando con impulsos lumínicos, semejantes a los que genera la retina, a un pequeño grupo de neuronas específicas.
Se sorprenden del escaso número de neuronas implicadas en la percepción, ya sea auténtica o inducida. Y se preguntan por qué no estamos alucinando constantemente, dado lo fácil que le resulta al cerebro generar percepciones, debido a accidentes lumínicos aleatorios.
Más complejo
La realidad es que la corteza cerebral es sólo una de las regiones cerebrales implicadas en la percepción, destaca Nature.
Otras regiones del cerebro conectadas a la corteza visual evalúan el significado de una imagen poniéndola en contexto: existe un mecanismo cerebral que impide la alucinación permanente.
En algunos casos, como en los sueños, el cerebro puede generar imágenes sin ningún estímulo visual, precisa la revista. Y añade: la visión es menos importante para los ratones que para los primates.
En cualquier caso, el descubrimiento abre una nueva capacidad humana: la manipulación del cerebro, en vez de solo observarlo.
Además, mejora la comprensión sobre cómo el cerebro interpreta y actúa sobre lo que ven los ojos, y tal vez conduzca al desarrollo de dispositivos que ayuden a las personas con discapacidad visual a ver correctamente, así como a tratar de otra forma las alucinaciones y la esquizofrenia.
Lo que siguió a continuación fue lo más sorprendente: iluminaron esas neuronas con un pulso lumínico y los ratones creyeron que estaban viendo barras verticales, cuando en realidad no había ninguna imagen y los ratones estaban completamente a oscuras.
Lo supieron porque los ratones se comportaron exactamente igual (bebían agua) que cuando veían realmente barras verticales. Ese comportamiento no se producía si el pulso lumínico se dirigía a las neuronas sensibles a las barras horizontales.
De esta forma, los científicos habían descubierto que las alucinaciones se pueden crear artificialmente, estimulando con impulsos lumínicos, semejantes a los que genera la retina, a un pequeño grupo de neuronas específicas.
Se sorprenden del escaso número de neuronas implicadas en la percepción, ya sea auténtica o inducida. Y se preguntan por qué no estamos alucinando constantemente, dado lo fácil que le resulta al cerebro generar percepciones, debido a accidentes lumínicos aleatorios.
Más complejo
La realidad es que la corteza cerebral es sólo una de las regiones cerebrales implicadas en la percepción, destaca Nature.
Otras regiones del cerebro conectadas a la corteza visual evalúan el significado de una imagen poniéndola en contexto: existe un mecanismo cerebral que impide la alucinación permanente.
En algunos casos, como en los sueños, el cerebro puede generar imágenes sin ningún estímulo visual, precisa la revista. Y añade: la visión es menos importante para los ratones que para los primates.
En cualquier caso, el descubrimiento abre una nueva capacidad humana: la manipulación del cerebro, en vez de solo observarlo.
Además, mejora la comprensión sobre cómo el cerebro interpreta y actúa sobre lo que ven los ojos, y tal vez conduzca al desarrollo de dispositivos que ayuden a las personas con discapacidad visual a ver correctamente, así como a tratar de otra forma las alucinaciones y la esquizofrenia.
Referencia
Cortical layer–specific critical dynamics triggering perception. James H. Marshel et al. Science, 18 Jul 2019:eaaw5202. DOI: 10.1126/science.aaw5202
Cortical layer–specific critical dynamics triggering perception. James H. Marshel et al. Science, 18 Jul 2019:eaaw5202. DOI: 10.1126/science.aaw5202