Control cerebral con luz es posible con optogenética

Los científicos médicos han estado estudiando el cerebro durante más de quinientos años y, después de todo ese tiempo, el órgano enigmático aún tiene muchos secretos. Finalmente, en los últimos años, una nueva técnica llamada “optogenética” está surgiendo, lo que puede ayudar a los científicos a desentrañar los secretos del cerebro (y tratar sus trastornos) de una forma completamente nueva.

¿Por qué necesitamos optogenética??

En muchos sentidos, es sorprendente que la medicación psiquiátrica funcione en absoluto. El estado de la técnica, lo mejor que la ciencia moderna puede hacer, equivale a sumergir el cerebro en un baño químico, y esperar que haga lo único que nos interesa. ¡Y ... funciona como! Algunas veces.

Existen medicamentos que son muy potentes para tratar la depresión, el TOC, el trastorno bipolar y la enfermedad de Parkinson. A menudo están plagados de efectos secundarios desagradables. Los medicamentos que funcionan bien a menudo fueron descubiertos por nada más que prueba y error. En muchos casos, los científicos no tienen una comprensión detallada de cómo funciona el cerebro para lograr una función normal, o cómo funciona cuando está funcionando mal. Estas brechas de conocimiento son difíciles de abordar a través de las formas tradicionales de estudio del cerebro y limitan la capacidad de desarrollar terapias efectivas..

Lo que realmente les gustaría a los psiquiatras y neurólogos es el acceso total de lectura y escritura al cerebro: la capacidad de alcanzar dentro de la cabeza de alguien y excitar o suprimir grupos arbitrarios de neuronas, con resolución de neurona única, lo que nos permite aislar las poblaciones que son disfuncionales y corregir su Comportamiento en tiempo real. Desafortunadamente, romper la cabeza de alguien y abrir cables a cada neurona no es práctico.

La promesa de la optogenética es que en realidad puede permitir que los médicos logren algo cercano a ese tipo de acceso..

Cómo los científicos usan la luz para controlar el cerebro

Así es como funciona: primero, los investigadores inyectan al sujeto un virus diseñado genéticamente, diseñado para infectar el tejido cerebral. Cientos de miles de millones de copias del virus inundan el cerebro e inyectan su carga útil en las células nerviosas cuando las encuentran..

Estos virus no son dañinos: en lugar de entregar una carga útil malintencionada y autorreplicante, los científicos han diseñado estos virus para entregar una cadena de ADN benigna que codifica proteínas de superficie especiales que responden a longitudes de onda específicas de la luz. Los virus simplemente sirven como jeringas desechables para entregar el ADN especial a las células.

Las neuronas incorporan este ADN especial y, si las condiciones son adecuadas, expresan proteínas de la superficie que hacen que se activen cuando se estimulan con luz: los mismos tipos de proteínas que utilizan las células retinales para detectar luz y formar imágenes. Al alterar el ADN para ser más selectivo cuando se expresa, los científicos pueden elegir qué tipo de neuronas (hay miles de variedades) expresan la proteína de la superficie y responderán a la luz..

Luego, al controlar cuidadosamente dónde se ilumina la luz en el cerebro, las ubicaciones específicas que se estimulan o deprimen pueden controlarse con una precisión inferior al milímetro, un grado de control que nunca antes había sido posible. Aún mejor, muchas áreas del cerebro pueden verse afectadas sin necesidad de cortar o enhebrar cables a través de la materia cerebral, lo que hace que el procedimiento sea mucho más seguro que las formas convencionales de estimulación cerebral..

Según Ed Boyden, profesor de bioingeniería y neurociencia en el MIT,

Si puede controlar las células en el cerebro, puede averiguar cuál es su poder, en qué pueden influir, y también, si puede controlar las células en el cerebro, puede corregir estados cerebrales aberrantes y puede crear nuevos tipos de terapia. , volver a realizar los cálculos que han salido mal en un trastorno neurológico o psiquiátrico

Puede ver una conferencia bastante técnica (pero extremadamente interesante) sobre las técnicas y la metodología a continuación:

¿Qué puedes hacer con optogenética??

Imagina que un investigador quiere entender mejor cómo funciona la depresión. Entonces, el investigador recolecta algunos ratones deprimidos (no preguntes cómo los investigadores crean ratones deprimidos, no quieres saberlo), y comienza a probar.

Revisan diferentes tipos de neuronas y diferentes regiones del cerebro, y ven qué sucede cuando estimulas o deprimes esas áreas y ese tipo de neuronas. Algunos grupos experimentales se vuelven más felices, otros se deprimen más: la mayoría tampoco. Al limitar qué poblaciones están relacionadas y cómo afectan el resultado, el investigador construye lentamente un mapa funcional profundo y detallado del cerebro: aislando las maquinarias de la alegría..

Este es el tipo de experimento que habilita la optogenética, y puede brindar a los científicos una comprensión más profunda de las diferentes funciones mentales y las formas en que pueden salir mal..

Ya, la optogenética ha llevado a algunas perspectivas interesantes interesantes sobre las alucinaciones auditivas de la esquizofrenia. Según el Dr. Karl Deisseroth de la Universidad de Stanford, ahora parece probable que las voces sean, de hecho, componentes normales del monólogo interno que se malinterpreten como influencia externa..

“Puede ser una versión mal reconocida de los pensamientos internos. De alguna manera se pierde la información de que un pensamiento realmente viene de uno mismo. Se ve como algo extraño, una voz que habla. […] [Antes de optogenetics] no había manera de saber esto porque no había manera de controlar selectivamente [las células] en la escala de tiempo correcta.”

Este tipo de ideas son científicamente importantes y podrían conducir a mejores medicamentos y terapias, así como a responder a misterios antiguos sobre la naturaleza de la conciencia y la inteligencia. Máquinas de pensar: lo que la neurociencia y la inteligencia artificial pueden enseñarnos sobre la conciencia. Máquinas de pensar: lo que la neurociencia y lo artificial. La inteligencia puede enseñarnos acerca de la conciencia ¿Pueden las máquinas y el software artificialmente inteligentes construirnos sobre el funcionamiento de la conciencia y la naturaleza de la mente humana en sí? Lee mas .

En un futuro cercano, los médicos podrán tomar la información que obtienen de estos experimentos, darles la vuelta y utilizar la optogenética en pacientes reales para influir en las actividades neurológicas que contribuyen a la depresión. La optogenética permite a los médicos no solo estudiar el cerebro sino también alterarlo con una precisión mucho mayor de lo que ha sido posible anteriormente..

Construyendo un sombrero de cordura

Desafortunadamente, probablemente no es posible usar optogenética en humanos de forma no invasiva. El cráneo es simplemente demasiado grueso, por lo que es necesario introducir cables de fibra óptica a través de él. Esta es una cirugía mayor y tiene riesgos asociados, más allá de lo que normalmente implica comenzar un curso de medicación psiquiátrica..

Sin embargo, las terapias en cuestión tienen el potencial de ser mucho más efectivas y tener menos efectos secundarios, por lo que es probable que valga la pena para muchos pacientes. Ya se han realizado investigaciones sobre el uso de marcapasos cerebrales eléctricos para tratar la depresión grave, y los resultados son muy prometedores. Las terapias futuras basadas en optogenética probablemente serán menos invasivas y más efectivas: una vez que el cerebro esté equipado con cables de fibra óptica colocados correctamente, tal vez se inserten por la nariz para evitar romper el cráneo, el resto del hardware se puede almacenar externamente, para facilitar acceso. El implante en sí (los cables de fibra óptica y los diodos láser) solo necesitarían energía y una señal de control, cosas que algún día podrían proporcionarse de forma inalámbrica.

El resto del hardware (la computadora, la batería, etc.) podría potencialmente usarse externamente, lo que permite al médico del paciente reprogramarlo según sea necesario, sin necesidad de cirugía adicional..

Más allá de la corrección de enfermedades mentales, la optogenética también proporciona una forma mucho más biocompatible y menos invasiva para estimular directamente las células nerviosas en el cerebro y el cuerpo que los electrodos implantados convencionales, lo que contribuiría en gran medida a la fabricación de implantes que mejoren el rendimiento al estilo transhumanista y el cuerpo: el futuro de las computadoras implantadas conectando su cerebro y cuerpo: el futuro de las computadoras implantadas Con la tendencia actual de innovación técnica y avance, ahora es un buen momento para explorar el estado del arte en tecnologías informáticas. Leer más más práctico.

Para ser claros, todo esto todavía está muy lejos: la optogenética es una herramienta de investigación muy utilizada en este momento (hemos cubierto los experimentos que se utilizan antes de que el Experimento de Memoria Ligera afecte a los ratones cerebrales como un MIB Neuralyzer. Neuralyzer MIB ¿Recuerdas cuando Will Smith y Tommy Lee Jones usaron el neuralyzer para borrar los recuerdos de las personas? Bueno, los investigadores de UC Davis han "borrado con éxito" recuerdos específicos dentro de los ratones usando la luz. Leer más). Sin embargo, su función como terapia clínica es de al menos una década o dos de distancia, y puede ser superada por otras técnicas que pueden proporcionar resultados similares de forma menos invasiva..

Aún así, la perspectiva es emocionante, y algunas aplicaciones pueden llegar antes. Por ejemplo, es posible usar optogenética para construir mejores implantes cocleares con mucha mayor precisión.

¿No es todo esto realmente aterrador??

Algunos de ustedes que leen esto ya están colocando sus sombreros de papel de aluminio más apretados alrededor de sus oídos, y eso es completamente justo: este tipo de acceso al cerebro no tiene precedentes, aparte de una cierta clase de ciencia ficción histérica. Vale la pena discutir el potencial de abuso..

Si puede ejercer suficiente control sobre el cerebro para corregir la depresión, la esquizofrenia y los trastornos de personalidad, también podría ejercer el control suficiente para reprogramar la orientación sexual de una persona, o lobotomizar a los niños y presos alborotadores. Los riesgos de que los padres intenten usar dicha tecnología para forzar cambios de identidad en sus hijos es uno que abre preocupaciones éticas completamente nuevas con las que la medicina se enfrentará por primera vez.

Más allá de eso, desde una simple perspectiva de seguridad informática, muchos dispositivos médicos modernos simplemente no son lo suficientemente seguros y pueden ser pirateados, en algunos casos de forma inalámbrica. Ese tipo de compromiso es lo suficientemente aterrador con un marcapasos, pero se vuelve realmente aterrador cuando consideras la posibilidad de que un atacante pueda (potencialmente) hacer monos dentro de tu cabeza sin permiso.

Los científicos que trabajan en estas terapias no ignoran estos problemas. Karl Deisseroth, en la misma entrevista citada anteriormente, mencionó el mismo punto:

“La especificidad de la optogenética plantea la cuestión de cómo se podría modificar con precisión un cerebro para crear realmente un individuo con diferentes necesidades, deseos, prioridades, sentimientos [...], también hay un aspecto perturbador que plantea cuestiones de libre albedrío.”

Aún así, estas preocupaciones palidecen en comparación con la enorme cantidad de personas que sufren horriblemente de enfermedades psiquiátricas actualmente no tratables que la optogenética tiene el potencial de ayudar. Esta tecnología es más útil que peligrosa y, a medida que se desarrolle en las próximas décadas, puede cambiar radicalmente la naturaleza de la terapia de salud mental..

¿Qué piensas? ¿Miedo, frío o en algún lugar intermedio? ¿La optogenética tiene el potencial de ayudarte, personalmente? Háganos saber en los comentarios.!

Crédito de la imagen: Neurons Via Shutterstock, “Papel de estaño,” por Russ Walker

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