Ramón Carriles Jaimes. Centro de Investigaciones en Óptica, A.C. (CIO)
El funcionamiento del cerebro ha sido un gran misterio que aún permanece sin resolver. Es mucho lo que hemos aprendido, pero muchísimo más lo que falta por investigar.
Es sabido que diferentes regiones del cerebro son responsables de las diferentes facultades como el habla, la vista, el olfato, la memoria, las emociones, etc; sin embargo, estas regiones se relacionan y comunican entre sí lo cual hace muy complicado su estudio.
Durante el siglo pasado era posible estudiar qué regiones del cerebro respondían a algún estímulo; esto se podía hacer, por ejemplo, poniendo electrodos pegados a la cabeza y haciendo que el paciente hiciera alguna actividad específica.
Al saber cuáles electrodos registraban actividad, los investigadores podían saber qué región cerebral era responsable del control y respuesta a ese estímulo específico.
Más tarde, técnicas como la resonancia magnética funcional permitieron observar qué regiones del cerebro modificaban su actividad durante determinadas tareas, aunque todavía a una escala mucho mayor que la de las neuronas individuales.
El recientemente otorgado premio Nobel de Fisiología o Medicina a Peter Hegemann, Georg Nagel y Karl Deisseroth fue por el desarrollo de una nueva técnica que permite trabajar a nivel de las neuronas en vez de por regiones.
Esto permite estimular o estudiar las respuestas y conexiones neuronales a un nivel muy local para poder entender los circuitos cerebrales.
El cerebro es extremadamente complicado, se estima que está formado por aproximadamente 86 mil millones de neuronas (así se llaman las células del sistema nervioso) que forman más o menos unos 100 millones de millones de conexiones entre ellas.
Estas conexiones sirven para comunicarse, lo cual se lleva a cabo a través de impulsos nerviosos. Pero ¿cómo se originan estos impulsos? Una neurona inactiva tiene iones (partículas con carga eléctrica) tanto afuera de ella como adentro, habiendo una pequeña carga negativa en su interior.
Cuando hay un estímulo, se abren unas pequeñas “compuertas” en la membrana de la célula llamadas canales iónicos; esto permite que iones positivos entren a la neurona, cambiando la carga total interna. Esta modificación del estado de equilibrio neuronal es lo que llamamos un impulso nervioso.
Hegemann y Nagel estaban estudiando, cada uno por su lado, unas algas unicelulares llamadas Chlamydomonas que son capaces de nadar hacía una fuente de luz. Descubrieron una proteína sensible a la luz llamada canalrodopsina, ubicada en la membrana celular.
Cuando recibe luz azul, cambia de forma y abre un canal por el que pueden pasar iones hacia el interior de la célula. Deisseroth introdujo el gen responsable de la síntesis de canalrodopsina en las células del sistema nervioso de ratones.
El resultado fue la incorporación de esa proteína en la membrana celular neuronal y cuando la neurona que contiene la proteína recibe luz azul, la canalrodopsina abre sus “compuertas”, permite el paso de iones y desencadena un impulso nervioso; por ejemplo, es posible hacer que un ratón mueva sus bigotes con tan solo iluminar la parte correspondiente con luz azul a través de una fibra óptica muy delgada implantada en su cerebro.
A este método que permite controlar las señales nerviosas utilizando luz se le conoce como optogenética, palabra compuesta por opto (algo relacionado con la luz) y genética. Algunas posibles aplicaciones incluyen: mapeo de circuitos neuronales (se estimula una neurona y se ve qué otras neuronas reaccionan); posible inhibición de señales epilépticas; regulación de ritmo cardíaco en arritmias; investigación y modelado de algunas enfermedades como Parkinson, Alzheimer, depresión o ansiedad; tratamiento de algunas formas de ceguera y de sordera; y seguramente muchas aplicaciones más en el horizonte.
La ciencia inició estudiando cómo un bicho unicelular nada hacía la luz y a partir de eso propone nuevas formas de estudiar y controlar las funciones cerebrales usando luz; de biología fundamental a aplicaciones altamente sofisticadas.
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