Control cerebral con luz: es posible con la optogenética

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

¿Por qué necesitamos optogenética?

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

Hay 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 la función normal, o cómo funciona cuando funciona mal. Estas brechas de conocimiento son difíciles de abordar a través de las formas tradicionales de estudiar el 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, no es práctico romper la cabeza de alguien y conectar cables a cada neurona.

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 genéticamente diseñado, diseñado para infectar el tejido cerebral. Cientos de miles de millones de copias del virus inundan el cerebro, inyectando sus cargas en las células nerviosas cuando las encuentran.

Estos virus no son dañinos: en lugar de entregar una carga útil maliciosa y autorreplicante, estos virus han sido diseñados por Los científicos entregarán una cadena de ADN benigna que codifica proteínas de superficie especiales que responden a longitudes de onda de luz específicas. 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 correctas, expresan proteínas de superficie que hacen que se disparen cuando se estimula con luz: los mismos tipos de proteínas que utilizan las células de la retina humana para detectar la luz y formar imágenes Al alterar el ADN para que sea 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 deprimido puede controlarse con precisión submilimétrica, un grado de control que nunca antes se había 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.

De acuerdo con Ed Boyden, profesor de bioingeniería y neurociencia en el MIT,

Si puede controlar las células en el cerebro, puede determinar cuál es su poder, en qué pueden influir, y también, si puede controlar las células en el cerebro, puede reparar estados cerebrales aberrantes, y puede crear nuevos tipos de terapia, reestructurando los cálculos que han salido mal en un centro neurológico o psiquiátrico trastorno

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

¿Qué se puede hacer con la optogenética?

Imagine que un investigador quiere comprender mejor cómo funciona la depresión. Entonces, el investigador recolecta algunos ratones deprimidos (no pregunte cómo los investigadores crean ratones deprimidos, no quiere saberlo), y comienza las pruebas.

Verifican diferentes tipos de neuronas y diferentes regiones del cerebro, y ven qué sucede cuando estimula o deprime esas áreas y ese tipo de neuronas. Algunos grupos experimentales se vuelven más felices, algunos se deprimen más: la mayoría no lo hace. Al reducir 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 permite la optogenética, y puede dar 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 ideas potenciales interesantes sobre las alucinaciones auditivas de la esquizofrenia. Según el Dr. Karl Deisseroth de la Universidad de Stanford, ahora parece probable que las voces son, de hecho, componentes normales del monólogo interno que se malinterpretan como influencia externa.

“Puede ser una versión poco reconocida de los pensamientos internos. De alguna manera se pierde la información de que un pensamiento realmente proviene de uno mismo. Se ve como algo extraño, una voz que habla. […] [Antes de la optogenética] no había forma de saber esto porque no había forma 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 antiguos misterios sobre la naturaleza de la conciencia y la inteligencia Máquinas de pensamiento: lo que la neurociencia y la inteligencia artificial pueden enseñarnos sobre la conciencia¿La construcción de máquinas y software artificialmente inteligentes puede enseñarnos sobre el funcionamiento de la conciencia y la naturaleza de la mente humana misma? Lee mas .

En un futuro cercano, los médicos pueden 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 depresión. La optogenética permite a los médicos no solo estudiar el cerebro, sino también alterarlo con mucha mayor precisión de la que anteriormente era posible.

Construyendo un sombrero de cordura

Desafortunadamente, probablemente no sea posible usar la optogenética en humanos de manera no invasiva. El cráneo es simplemente demasiado grueso, por lo que es necesario alimentar los cables de fibra óptica a través de él. Esta es una cirugía mayor y tiene riesgos asociados con ella, 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 probablemente valdrá la pena para muchos pacientes. Ya se ha investigado el uso de electricidad. marcapasos cerebrales para tratar la depresión severa, y los resultados son muy prometedores. Las futuras terapias basadas en la optogenética probablemente serán menos invasivas y más efectivas: una vez que el cerebro esté equipado con una posición adecuada cables de fibra óptica, quizás insertados a través de 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 necesitaría energía y una señal de control, algo que algún día podría proporcionarse de forma inalámbrica.

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

Más allá de corregir las enfermedades mentales, la optogenética también proporciona una forma mucho más biocompatible y menos invasiva de estimular las células nerviosas en el cerebro y el cuerpo que los electrodos implantados convencionales, lo que contribuiría en gran medida haciendo implantes que mejoran el rendimiento al estilo transhumanista Enchufar el cerebro y el cuerpo: el futuro de las computadoras implantadasCon la tendencia actual de innovación técnica y avance, ahora es un buen momento para explorar el estado del arte en tecnologías informáticas-humanas. Lee mas mas practico.

Para ser claros, todo esto está todavía muy lejos: la optogenética es una herramienta de investigación ampliamente utilizada en este momento (hemos experimentos cubiertos que lo utilizan antes El experimento de memoria ligera afecta a los cerebros de ratones como un 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 exitosamente recuerdos específicos" dentro de los ratones usando luz. Lee mas ). Sin embargo, su papel como terapia clínica está al menos a una o dos décadas de distancia, y puede ser reemplazado por otras técnicas que pueden proporcionar resultados similares de manera menos invasiva.

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

¿No es todo esto realmente aterrador?

Algunos de ustedes que leen esto ya están apretando sus sombreros de papel de aluminio alrededor de sus orejas, y eso es completamente justo: este tipo de acceso al cerebro no tiene precedentes, fuera de un cierto tipo de ciencia histérica ficción. Vale la pena discutir el potencial de abuso.

Si puede ejercer suficiente control sobre el cerebro para corregir la depresión y la esquizofrenia y los trastornos de la personalidad, podría También ser capaz de ejercer un control suficiente para reprogramar la orientación sexual de alguien, o lobotomizar a niños ruidosos y prisioneros El riesgo de que los padres intenten usar dicha tecnología para forzar cambios de identidad en sus hijos es uno que abre nuevas preocupaciones éticas con las que la medicina se enfrentará por primera vez siempre.

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 horrible cuando consideras la posibilidad de que un atacante pueda (potencialmente) estar dentro de tu cabeza sin permiso.

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

"La especificidad de la optogenética plantea la cuestión de cuán precisamente se podría modificar un cerebro para crear realmente un individuo con diferentes necesidades, deseos, prioridades, sentimientos [...] también hay un aspecto inquietante que plantea cuestiones de libertad será."

Aún así, estas preocupaciones palidecen en comparación con la enorme cantidad de personas que sufren horriblemente por 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 desarrolla en las próximas décadas, puede cambiar radicalmente la naturaleza de la terapia de salud mental.

¿Qué piensas? ¿Miedo, genial o en algún punto intermedio? ¿La optogenética tiene el potencial de ayudarlo personalmente? ¡Háganos saber en los comentarios!

Credito de imagen: Neuronas A través de Shutterstock, "Papel de estaño," por Russ Walker