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.

(27/01/09 – Agencia CyTA-Instituto Leloir)– 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 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 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.

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