capaz de explorar los circuitos neuronales
(28-01-2009 ) - Contribuido por Agencia CyTA-Instituto Leloir
Un microscopio que permitirá estudiar con mayor precisión el funcionamiento de
las redes neuronales acaba de ser creado por investigadores de la Universidad de
Columbia, en Estados Unidos. El equipo podrá ser usado para evaluar los
fenómenos que tienen lugar en el cerebro durante la realización de funciones
tales como el control voluntario del movimiento o la imaginación, entre otras.
En los seres humanos, la corteza cerebral participa en diferentes funciones como
la percepción, la memoria, el control voluntario de movimientos, la imaginación
y el lenguaje, entre otras. Para explorar el funcionamiento de las diversas
redes neuronales, los investigadores desarrollan dispositivos, los que
monitorean el cerebro tal como los astrónomos exploran el universo a través de
modernos telescopios.
Los fenómenos biológicos que ocurren en las células y en particular el
traspaso de información entre las neuronas son eventos muy rápidos y por lo
tanto para su detección es imperativo contar con tecnologías en microscopia
láser que nos permitan mejorar considerablemente la resolución temporal”, señala
el doctor Roberto Araya del Departamento de Ciencias Biológicas de la
Universidad de Columbia. Y agrega: “Sería ideal poder contar con microscopios
capaces de observar y modificar la actividad de las complejas redes neuronales
en tiempo real. Hemos logrado grandes avances, pero queda un largo camino por
recorrer”.
De acuerdo con la revista científica Frontiers in Neural Circuits, el
equipo de investigadores del mencionado laboratorio, liderado por el doctor
Rafael Yuste, desarrolló una técnica que mejora la obtención de imágenes de las
neuronas en plena actividad. “Con la microscopia de dos fotones ha sido difícil
observar, por ejemplo, el paso de información de una neurona a otra, que son
eventos que ocurren en el orden de los milisegundos. Con esta nueva tecnología
hemos demostrado que es posible medir en forma simultánea la actividad de más de
20 neuronas a la vez con una resolución de 60 imágenes por segundo en neuronas
de la corteza cerebral de ratón”, destaca Araya.
En la actualidad, el empleo de los microscopios confocales y de dos fotones
ha permitido obtener imágenes de neuronas, entre otro tipo de células, con una
alta resolución espacial. “El problema es que este tipo de microscopia requiere
típicamente que el láser rastree o escanee la muestra línea por línea para tomar
un imagen gracias al movimiento de un set de pequeños espejos que mueven el
láser a lo largo y ancho de la muestra. Esto restringe considerablemente la
resolución temporal de la microscopia láser”, explica Araya.
La tecnología desarrollada por el equipo de investigadores logra “dividir” el
rayo láser antes de que llegue a la muestra en varios rayos que hacen visible en
forma simultánea varias regiones de los circuitos neuronales. “Los diversos
haces de luz láser excitan las neuronas, que están cargadas con colorante
(fluoroforos), y la emisión de fluorescencia generada es captada por un una
cámara de alta sensibilidad y las imágenes obtenidas son analizadas
“online”(durante el curso del experimento) u “offline” (una vez finalizado el
experimento) con la ayuda de software específico. Esto permite la obtención
simultánea de la información proveniente de distintos puntos de la neurona o de
un conjunto de neuronas en plena actividad biológica”, puntualiza el experto.
El equipo desarrollado en el laboratorio del doctor Yuste está basado en el
uso de un microscopio de dos fotones al cual agregaron un dispositivo llamado
Modulador Espacial de Luz. “Este aparato es un ‘microdisplay’ de cristal liquido
(LCOS) refractivo con una resolución de 1920 x 1080 pixeles que divide el rayo
láser arbitrariamente en varios haces de luz que iluminan o excitan la muestra
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Potenciado por Mambo
Generado:20 May, 2009, 20:21
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biológica o en este caso las neuronas que uno decide estudiar de manera
simultánea. Luego se almacena la información proveniente de estas neuronas
tomando imágenes con una cámara a gran velocidad”, explica Araya.
Según el especialista dicho equipo se basa en los principios de la
holografía. “El concepto es el mismo (que en esa técnica avanzada de
fotografía); este aparato divide de manera arbitraria y rápida un haz de luz
para generar un patrón simultaneo de activación bidimensional o tridimensional
con el que estimulamos las neuronas de la corteza cerebral de ratón”, indica
Araya.
Otra ventaja que presenta el equipo desarrollado es que además de obtener
imágenes de la actividad simultanea de varias neuronas, mediante el empleo de la
luz láser también es posible activar simultáneamente la liberación de
neurotransmisores.
“Actualmente sabemos que una neurona piramidal en la corteza del cerebro
(neurona que manda impulsos excitatorios a otras neuronas) es capaz de recibir
información proveniente de aproximadamente 10 mil neuronas”, asegura Araya. Y
agrega: “Mediante el empleo de este tipo de tecnología, pretendemos comprender
cómo las neuronas integran la información que reciben de otras neuronas. El
entendimiento de las propiedades de ingreso-salida de la información a nivel de
una neurona es de vital importancia para poder entender cómo es que la
información se procesa a nivel de las redes neuronales.”
Este dispositivo puede ser aplicado al estudio de redes neuronales tanto en
modelos fisiológicos como patofisiológicos.
“Las ventajas de esta tecnología no solo radican en la capacidad de dividir
el láser arbitrariamente sino que también en poder cambiar el punto focal o
punto de excitación en la muestra biológica sin la necesidad de tener que mover
ninguna pieza del microscopio. Por lo tanto, la implementación de esta
tecnología en la microscopia láser permitirá desarrollar microscopios mas
pequeños, y posiblemente portátiles, que podrán ser usados en la clínica para
foto-activar y/o reportar la actividad de neuronas de manera específica en
pacientes con lesiones o enfermedades neurodegenerativas”, concluye el
investigador
Desarrollan un microscopio capaz de explorar los circuitos neuronales
(28-01-2009 ) - Contribuido por Agencia CyTA-Instituto Leloir
Un microscopio que permitirá estudiar con mayor precisión el funcionamiento de
las redes neuronales acaba de ser creado por investigadores de la Universidad de
Columbia, en Estados Unidos. El equipo podrá ser usado para evaluar los
fenómenos que tienen lugar en el cerebro durante la realización de funciones
tales como el control voluntario del movimiento o la imaginación, entre otras.
En los seres humanos, la corteza cerebral participa en diferentes funciones como
la percepción, la memoria, el control voluntario de movimientos, la imaginación
y el lenguaje, entre otras. Para explorar el funcionamiento de las diversas
redes neuronales, los investigadores desarrollan dispositivos, los que
monitorean el cerebro tal como los astrónomos exploran el universo a través de
modernos telescopios.
Los fenómenos biológicos que ocurren en las células y en particular el
traspaso de información entre las neuronas son eventos muy rápidos y por lo
tanto para su detección es imperativo contar con tecnologías en microscopia
láser que nos permitan mejorar considerablemente la resolución temporal”, señala
el doctor Roberto Araya del Departamento de Ciencias Biológicas de la
Universidad de Columbia. Y agrega: “Sería ideal poder contar con microscopios
capaces de observar y modificar la actividad de las complejas redes neuronales
en tiempo real. Hemos logrado grandes avances, pero queda un largo camino por
recorrer”.
De acuerdo con la revista científica Frontiers in Neural Circuits, el
equipo de investigadores del mencionado laboratorio, liderado por el doctor
Rafael Yuste, desarrolló una técnica que mejora la obtención de imágenes de las
neuronas en plena actividad. “Con la microscopia de dos fotones ha sido difícil
observar, por ejemplo, el paso de información de una neurona a otra, que son
eventos que ocurren en el orden de los milisegundos. Con esta nueva tecnología
hemos demostrado que es posible medir en forma simultánea la actividad de más de
20 neuronas a la vez con una resolución de 60 imágenes por segundo en neuronas
de la corteza cerebral de ratón”, destaca Araya.
En la actualidad, el empleo de los microscopios confocales y de dos fotones
ha permitido obtener imágenes de neuronas, entre otro tipo de células, con una
alta resolución espacial. “El problema es que este tipo de microscopia requiere
típicamente que el láser rastree o escanee la muestra línea por línea para tomar
un imagen gracias al movimiento de un set de pequeños espejos que mueven el
láser a lo largo y ancho de la muestra. Esto restringe considerablemente la
resolución temporal de la microscopia láser”, explica Araya.
La tecnología desarrollada por el equipo de investigadores logra “dividir” el
rayo láser antes de que llegue a la muestra en varios rayos que hacen visible en
forma simultánea varias regiones de los circuitos neuronales. “Los diversos
haces de luz láser excitan las neuronas, que están cargadas con colorante
(fluoroforos), y la emisión de fluorescencia generada es captada por un una
cámara de alta sensibilidad y las imágenes obtenidas son analizadas
“online”(durante el curso del experimento) u “offline” (una vez finalizado el
experimento) con la ayuda de software específico. Esto permite la obtención
simultánea de la información proveniente de distintos puntos de la neurona o de
un conjunto de neuronas en plena actividad biológica”, puntualiza el experto.
El equipo desarrollado en el laboratorio del doctor Yuste está basado en el
uso de un microscopio de dos fotones al cual agregaron un dispositivo llamado
Modulador Espacial de Luz. “Este aparato es un ‘microdisplay’ de cristal liquido
(LCOS) refractivo con una resolución de 1920 x 1080 pixeles que divide el rayo
láser arbitrariamente en varios haces de luz que iluminan o excitan la muestra
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Generado:20 May, 2009, 20:21
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biológica o en este caso las neuronas que uno decide estudiar de manera
simultánea. Luego se almacena la información proveniente de estas neuronas
tomando imágenes con una cámara a gran velocidad”, explica Araya.
Según el especialista dicho equipo se basa en los principios de la
holografía. “El concepto es el mismo (que en esa técnica avanzada de
fotografía); este aparato divide de manera arbitraria y rápida un haz de luz
para generar un patrón simultaneo de activación bidimensional o tridimensional
con el que estimulamos las neuronas de la corteza cerebral de ratón”, indica
Araya.
Otra ventaja que presenta el equipo desarrollado es que además de obtener
imágenes de la actividad simultanea de varias neuronas, mediante el empleo de la
luz láser también es posible activar simultáneamente la liberación de
neurotransmisores.
“Actualmente sabemos que una neurona piramidal en la corteza del cerebro
(neurona que manda impulsos excitatorios a otras neuronas) es capaz de recibir
información proveniente de aproximadamente 10 mil neuronas”, asegura Araya. Y
agrega: “Mediante el empleo de este tipo de tecnología, pretendemos comprender
cómo las neuronas integran la información que reciben de otras neuronas. El
entendimiento de las propiedades de ingreso-salida de la información a nivel de
una neurona es de vital importancia para poder entender cómo es que la
información se procesa a nivel de las redes neuronales.”
Este dispositivo puede ser aplicado al estudio de redes neuronales tanto en
modelos fisiológicos como patofisiológicos.
“Las ventajas de esta tecnología no solo radican en la capacidad de dividir
el láser arbitrariamente sino que también en poder cambiar el punto focal o
punto de excitación en la muestra biológica sin la necesidad de tener que mover
ninguna pieza del microscopio. Por lo tanto, la implementación de esta
tecnología en la microscopia láser permitirá desarrollar microscopios mas
pequeños, y posiblemente portátiles, que podrán ser usados en la clínica para
foto-activar y/o reportar la actividad de neuronas de manera específica en
pacientes con lesiones o enfermedades neurodegenerativas”, concluye