Tendencias21

El agua marca la pauta de la actividad cerebral

Científicos de Ginebra (Suiza) han demostrado que los procesos cerebrales que se muestran en las imágenes por resonancia magnética se deben a la entrada masiva de agua en las neuronas al activarse éstas, y no a la afluencia de sangre, que se produce después. Además, el flujo de agua está acoplado con la actividad eléctrica cerebral.

El agua marca la pauta de la actividad cerebral

Para observar el cerebro en acción, los científicos y los médicos utilizan técnicas de imagen, entre las que la resonancia magnética funcional (fMRI) es la más conocida. Estas técnicas no se basan en observaciones directas de impulsos eléctricos de las neuronas activadas, sino en una de sus consecuencias.

De hecho, esta estimulación desencadena modificaciones fisiológicas en la región cerebral activada, cambios que se hacen visibles por imágenes. Hasta ahora, se creía que estas diferencias eran solamente debido a modificaciones de la afluencia de la sangre hacia las células.

Mediante el uso de imágenes por señales ópticas intrínsecas (IOS), investigadores de la Universidad de Ginebra (Unige, Suiza), han demostrado que, al contrario de lo que se pensaba, está involucrada otra variación fisiológica: las neuronas activadas se hinchan debido a la entrada masiva de agua.

Este descubrimiento proporciona evidencia de que un análisis mucho más fino del funcionamiento del cerebro -y de sus disfunciones- es posible. Los resultados se publican en Cell Reports.

Principalmente se utilizan dos tipos de técnicas de imagen cerebral para determinar qué áreas son estimuladas durante una actividad dada. Una de ellas es la resonancia magnética funcional, que refleja el cambio de nivel de oxígeno y las variaciones del flujo de sangre en las regiones excitados.

La localización de estas áreas se basa en un fenómeno denominado BOLD (Dependiente del Nivel Oxígeno en Sangre), relacionado con las propiedades magnéticas de la hemoglobina, que varían de acuerdo a su estado de oxigenación.

La otra técnica de formación de imágenes, denominada señales ópticas intrínsecas (IOS), detecta modificaciones de la refracción de la luz en las células cerebrales en acción, mediante el registro de una intensidad luminosa menor en las zonas activadas.

Este método se utiliza como una alternativa a la resonancia magnética funcional, en particular cuando un campo magnético puede interferir en el examen. Hasta ahora, los científicos pensaban que esta modificación del comportamiento de la luz también se debía a los cambios hemodinámicos (de la sangre).

Efecto inesperado

Alan Carleton, profesor del Departamento de Neurociencias Fundamentales de la Facultad de Medicina de la UniGe, utiliza imágenes IOS para observar el funcionamiento del bulbo olfatorio. «Obtenemos imágenes muy contrastadas en respuesta a un olor, porque miles de células sensoriales de la nariz que expresan el mismo receptor olfativo convergen en un volumen muy pequeño del cerebro».

«Nos sorprendió sin embargo observar que, si bien las señales son visibles inmediatamente después de la emisión del estímulo sensorial, el flujo de sangre no se altera hasta más de un segundo más tarde», explica el científico en la nota de prensa de la universidad, recogida por Newswise. La brecha temporal es suficientemente importante como para confirmar que, en contra de un consenso bien establecido, la señal detectada no tiene origen hemodinámico.

¿Cuál es el origen celular de las señales? En colaboración con el equipo de Iván Rodríguez, profesor del Departamento de Genética y Evolución de la Facultad de Ciencias de la UniGe, se estudió la actividad eléctrica de las distintas células implicadas en la respuesta a los olores. Esto se hizo con ratones modificados genéticamente, de modo que cada tipo de célula del bulbo olfatorio se volviera fluorescente cuando fuera estimulada.

«No se encontró ninguna señal relacionada con un cambio en la oxigenación de la hemoglobina. Sin embargo, se observó una señal emitida por las propias neuronas sensoriales, en respuesta a su propia actividad eléctrica», dice el investigador.

La señal del agua

¿Qué refleja esta señal? Los investigadores descubrieron que su origen es la entrada de agua en la neurona activa, a nivel de su axón, el «cable» a través del cual el impulso eléctrico se propaga hacia otra célula. Además, demostraron que la señal de imagen -el flujo de agua en los axones- se acopla directamente con la actividad eléctrica.

«Observamos un efecto mecánico e inmediato de activación de la neurona, en lugar de una modificación del flujo sanguíneo posterior», apunta Carleton. De este modo, se evitan las incertidumbres de la interpretación de las señales relacionadas con los flujos de sangre, que, al tener un cierto retraso y actúar de manera más global en la región cerebral estudiada, no reflejan con exactitud la zona activada.

Los movimientos de agua observados gracias a las imágenes IOS se pueden detectar también por resonancia magnética funcional.

Los científicos ginebrinos ofrecen por tanto la demostración del mecanismo celular que tiene lugar, lo que demuestra el potencial de este método. «Ambos tipos de técnica de imagen convergen: la observación de los movimientos del agua, en lugar de examinar la oxigenación de la sangre, mejora la localización de las neuronas activas y permite detectar patologías potenciales. El problema no radica en el hecho de observar una señal, sino en determinar su origen», concluye Rodríguez.

Referencia bibliográfica:

Roberto Vincis, Samuel Lagier, Dimitri Van De Ville, Ivan Rodriguez, Alan Carleton. Sensory-Evoked Intrinsic Imaging Signals in the Olfactory Bulb Are Independent of Neurovascular Coupling. Cell Reports (2015). DOI: 10.1016/j.celrep.2015.06.016

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Revelan cómo nace el miedo en el cerebro y una posible vía para paralizarlo 19 marzo, 2024
    Un nuevo estudio ha logrado descifrar una serie de modificaciones en la química cerebral que, al influir sobre circuitos neuronales específicos, provocan que el miedo se generalice y aparezca en situaciones en las que no debería hacerlo. Este sistema es el que genera la sensación de miedo exacerbada y permanente que experimentan las personas que […]
    Pablo Javier Piacente
  • Crean el mapa 3D más extenso de los agujeros negros supermasivos activos del Universo 19 marzo, 2024
    En una verdadera proeza astronómica, los científicos han creado el mapa más extenso hasta el momento de los agujeros negros supermasivos activos y cuásares en el cosmos: el avance marca un salto significativo en nuestra comprensión de estos gigantes cósmicos y podría ayudar a entender mejor las propiedades de la materia oscura.
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren cómo las primeras células de la Tierra aprovecharon el H2 como fuente de energía 19 marzo, 2024
    Un nuevo informe descubre cómo el gas hidrógeno, la energía del futuro, proporcionó energía en el pasado, en el origen de la vida hace 4 mil millones de años. Y confirmaría que la vida se originó en respiradores hidrotermales.
    HHU/T21
  • Algo extraño ocurre en el Cometa Diablo que nos visita durante el eclipse solar de abril 19 marzo, 2024
    Un cometa casi tan famoso como el Halley está brillando en el cielo nocturno de la Tierra y podría ser visible durante el eclipse solar total del 8 de abril que tendrá lugar sobre Norteamérica, pero algo extraño parece suceder en su núcleo.
    Redacción T21
  • Resuelto el misterio de una criatura marina con un caparazón repleto de ojos 18 marzo, 2024
    Los quitones o chitones son moluscos marinos dotados de pequeños ojos desperdigados por todo su caparazón, con lentes confeccionados con un mineral llamado aragonita. Estos primitivos órganos sensoriales son capaces de distinguir formas y luz: un nuevo estudio ha revelado por qué evolucionaron tan rápidamente y cuál es su papel en el desarrollo de los […]
    Pablo Javier Piacente
  • La mayor erupción volcánica de la era geológica actual ocurrió en Japón hace 7.300 años 18 marzo, 2024
    Un estudio detallado de los depósitos volcánicos submarinos alrededor de la caldera Kikai, en Japón, descubrió que un evento que tuvo lugar en esa región de Asia hace 7.300 años fue, con claridad, la mayor erupción volcánica registrada en el planeta durante el Holoceno, la época geológica actual iniciada hace aproximadamente 11.500 años.
    Pablo Javier Piacente
  • Las enfermedades neurológicas ya son el primer problema de salud mundial 18 marzo, 2024
    El 43% de la población mundial padece enfermedades neurológicas: afectan a 3.400 millones de personas y cuestan la pérdida de 443 millones de años de vida saludable. España supera en un 18% la media mundial de afectados por patologías que van desde dolores de cabeza tensionales hasta accidentes cerebrovasculares.
    Redacción T21
  • La Inteligencia Artificial aprende lo que significa estar vivo 18 marzo, 2024
    La IA ha descubierto en seis semanas unas células que la ciencia había tardado 134 años en identificar. Puede que haya tropezado también con un tipo de célula totalmente desconocida. ¿Qué va a pasar con los biólogos humanos?
    Eduardo Martínez de la Fe
  • Las ranas les guiñan el ojo a los machos elegidos para el apareamiento 17 marzo, 2024
    Un curioso estudio ha descubierto que las ranas les guiñan el ojo al macho para indicarle que le gusta. En respuesta al parpadeo, el macho lanza repetidamente un grito entrecortado y salta junto a ella para aparearse.
    N+1/T21
  • Los perros son nuestros terapeutas de cuatro patas 16 marzo, 2024
    Investigadores de Corea del Sur colocaron auriculares con electrodos a 30 adultos y luego midieron los cambios en sus ondas cerebrales mientras interactuaban con un caniche llamado Aro. Los resultados indicaron que pasear al perro hizo que los participantes se sintieran más relajados, cepillarle mejoró la concentración y jugar con la mascota produjo ambos efectos.
    Redacción T21