Los sonidos de la mente, por Xurxo Mariño

octubre 9, 2011 on 7:43 am | In neurobiología | No Comments

Adolfo García | Hace unos días subí a ccapitalia un vídeo con un registro de la actividad en la corteza cerebral. Ahora, de una manera más amena, podéis disfrutar y ampliar conocimientos sobre estos temas con la conferencia de Xurxo Mariño “Los sonidos de la mente”. Ésta tuvo lugar el pasado 24 de septiembre en el marco de las jornadas Amazings 2011.

En este otro enlace de la ETB podéis ver la conferencia con mejor calidad. www.eitb.tv/es/#/video/1192628152001

Registro de la actividad eléctrica de la corteza cerebral

septiembre 25, 2011 on 4:57 pm | In neurobiología | 3 Comments

Adolfo García | Desde pequeño he sentido gran fascinación por el mundo microscópico. Con apenas 11 años me regalaron un microscopio que aún conservo con gran cariño. Bajo la inocencia de aquellos años mi meta profesional -para cuando fuese mayor- era ser científico… Qué iluso…

Afortunadamente, años después, mi hermano Josué ha tenido la determinación y capacidad de lograr aquello con lo que yo fantaseaba. Hoy en día mi hermano trabaja como investigador en el fascinante campo de la neurobiología.

De vez en cuando curioseo en el ordenador de mi hermanito buscando alguna foto, texto o, simplemente, converso con él para que me cuente en que anda metido. En la actualidad Josué investiga sobre la naturaleza y mecanismos que hay detrás de la plasticidad del sistema nervioso. Él y sus colegas intentan entender cómo y por qué se desarrollan nuevas conexiones entre neuronas ante, por ejemplo, una lesión medular o la muerte masiva de neuronas provocada por un infarto cerebral.

Durante sus explicaciones Josué me enseño un vídeo, acompañado de audio, de un registro de la actividad nerviosa a nivel neuronal. Al ver aquello no pude ocultar mi asombro al comprobar las similitudes que existen con las señales de un circuito electrónico digital.

El vídeo recoge un registro de la actividad eléctrica de la corteza cerebral de las capas profundas de la corteza (capas 5 y 6) mediante la implantación de electrodos de tungsteno de 5 MΩ de impedancia y un diámetro de unas pocas micras. Estos electrodos se situaron en el espacio extracelular (espacio que rodea a las neuronas). Esta localización extracelular permite registrar la actividad eléctrica simultánea de todas las neuronas que se encuentran en un radio de unos cientos de micras en torno al electrodo. El vídeo, cuya duración es de 5 minutos y medio, reproduce a cámara muy lenta unos eventos eléctricos que en realidad se han sucedido en el espacio de milisegundos.

La corteza cerebral es la estructura biológica más compleja que se conoce. Está constituida por millones de neuronas distribuidas en distintas capas. Cada una de estas neuronas recibe contactos sinápticos de miles de neuronas de la misma y de otras capas de la corteza. Esta densa interconexión posibilita que toda la red neuronal que forma la corteza cerebral pueda funcionar de forma sincrónica en determinados momentos. De esta forma, la red neuronal puede oscilar entre un estado en el que toda la red está activa (estados UP) y un estado en el que toda la red está silente (estados Down). En el vídeo se muestra la alternancia de estos dos estados de actividad de la corteza cerebral: estados Up (en los que se ve y escucha el disparo simultáneo de potenciales de acción de las neuronas) y estados Down (en los que la red está silente, no se observa ni escucha el disparo de potenciales de acción de las neuronas). Ambos estados se suceden continuamente, pudiendo durar cada estado desde menos de un segundo a unos pocos segundos, dependiendo del estado de actividad global de la corteza cerebral.

Paisajes Neuronales II

abril 20, 2010 on 3:26 pm | In galería de imágenes, neurobiología | No Comments

Adolfo García Yagüe | En esta segunda colección de Paisajes Neuronales, a diferencia de la anterior, donde se mostraban imágenes tomadas con equipos de microscopía profesionales, os presento algunas imágenes que he tomado “en plan aficionado” acoplando una cámara de fotos a un microscopio óptico convencional.

Aunque hoy pueda parecer algo evidente, hasta la invención del microscopio los científicos no fueron capaces de formular lo que hoy conocemos como la Teoría Celular. Esta Teoría afirma  básicamente que  la célula es la unidad estructural y funcional de todos los seres vivos y que cada célula procede de otra célula preexistente, por división de ésta (Omnis cellula e cellula). La historia de este importante capítulo del saber científico comienza en el siglo XVII, con las primeras observaciones microscópicas de Robert Hooke. Aunque la Teoría Celular se aplicó rápidamente a todos los tejidos, tanto vegetales como animales, no ocurrió lo mismo con el tejido nervioso. Esto fue debido a que el tejido nervioso al ser observado con el microscopio se mostraba como un entramado complicado de conexiones, en donde no era evidente la presencia de células independientes, sino más bien de una red continua o retículo. No será hasta 1888, cuando Santiago Ramón y Cajal extienda la validez de la Teoría Celular al tejido nervioso, con su Teoría Neuronal. Esto fue posible gracias a dos factores, el método de tinción empleado, y el estudio en animales en etapas fetales o de escasa edad, en donde la red de conexiones neuronales es aún escasa, algo así como un bosque en formación, en el que las ramas de cada árbol se pueden diferenciar de las de los demás. De esta forma observó que, al igual que en el resto de tejidos, cada neurona era independiente de las demás, aunque estableciese miles de conexiones con miles de neuronas.

A continuación os resumo los que considero los principales hitos en el desarrollo de la Teoría Celular así como de la Teoría Neuronal. [ir a Galería Paisajes Neuronales II]

1665. Robert Hooke(1635-1703). Observa, mediante un microscopio fabricado por él, una fina lámina de corcho identificando pequeñas oquedades que le recuerdan a las celdas de un panal. Hooke bautiza a estas celdillas con el nombre de células.

1791. Luigi Galvani (1737-1798). Descubre que aplicando electricidad sobre las ancas de una rana estas se contraen. De manera inversa, propone que nervios y músculos pueden generar una corriente eléctrica.

1833. Robert Brown (1773-1858). Identifica dentro de todas las células vegetales que observa una especie de aureola circular más opaca que la membrana exterior. Llega a la conclusión de que se trata de un elemento común a las células y lo denomina núcleo celular.

1837. Jan Evangelista Purkinje (1787-1869). Observa un tipo de  células nerviosas que se localizan en el cerebelo: las células de Purkinje. Estas células nerviosas destacan sobre el resto por su gran tamaño y abundantes ramificaciones. Además de otros importantes descubrimientos, Evangelista Purkinje fue el primero en emplear el microtomo como instrumento para la realización de finos cortes de una muestra de tejido.

1838. Matthias J. Schleiden (1804-1881). Concluye que la  célula es la unidad básica de los organismos vegetales y que el crecimiento de las plantas se producía mediante la generación de células nuevas que se propagan a partir de los núcleos de las viejas. Aunque posteriores descubrimientos mostraron su error respecto al papel del núcleo en la mitosis o división celular, su concepto de la célula como unidad estructural común a todas las plantas marca el punto de partida de las siguientes investigaciones sobre los procesos vitales que se producen a nivel celular.

1839. Theodor Schwann (1810-1882). Extiende  las conclusiones de Schleiden a los organismos animales.

1859. Hermann von Helmholtz (1821–1894). Identifica una corriente eléctrica procedente de las células nerviosas. Concluye su tesis afirmando que este pulso eléctrico es el modo en que éstas trasmiten mensajes.

1863. Otto Friedrich Karl Deiters (1834-1863). Es reconocido como el primero en observar células nerviosas parcialmente completas con sus prolongaciones. Por lo que se refiere a los métodos de coloración empleados por entonces, aparte de los de aplicación general -basados en el carmín y la hematoxilina- se disponía de otros como el método de Weigert, especialmente recomendados para el estudio del sistema nervioso.

1871. Joseph von Gerlach (1820-1896). Formula su Tesis Reticular a partir de observaciones del tejido nervioso empleando cloruro de oro como elemento de tinción.  Su tesis se construía sobre la hipótesis de que todas las células nerviosas conforman una red continua, sin interrupciones entre ellas. Esta tesis facilitaba la explicación sobre como viajan los impulsos nerviosos entre distintas zonas del sistema nervioso.

1873. Camilo Golgi (1843-1926). Mediante el empleo de nitrato de plata, descubre una técnica de tinción que permite, por primera vez, visualizar de forma nítida una célula nerviosa. Estas adquieren una coloración negra, destacando sobre el fondo y con sus perfiles muy bien definidos. Golgi respalda la tesis de reticularismo formulada por Gerlach.

1884. Franz Nissl (1860-1919). Entre las importantes aportaciones de este investigador del sistema nervioso merece recordarse aquí la técnica de tinción que lleva su nombre. El método Nissl “tiñe” de color azul el núcleo celular y el cuerpo celular o pericarion, viéndose, junto a este último la base de las dendritas.

1886-1887. Con solo unos meses de diferencia, y de manera independiente, Wilhelm His (1831-1904) y August Forel (1848-1931) llegan a la hipótesis de que las células nerviosas son independientes y terminan libremente poniendo en cuestión la Tesis Reticular.

1888. Santiago Ramón y Cajal (1852-1934). Partiendo del método de tinción descubierto por Golgi, introduce una mejora que denominó “doble impregnación” con la que consigue tinciones más complejas. En este año edita sus descubrimientos en una serie de tres artículos publicados en su Revista Trimestral de Histología Normal y Patología, de la que solamente aparecerán tres números. Esta serie de artículos se inicia con el titulado “Estructura de los centros nerviosos de las aves” donde demuestra que las ramificaciones de las células nerviosas no finalizan de manera difusa en una retícula, sino que finalizan libremente. Por lo tanto, las células nerviosas son unidades anatómicas y funcionales independientes, que se comunicaban entre sí por contacto o contigüidad, no por continuidad.

1891. Wilhelm von Waldeyer-Hartz (1836-1921). Este influyente científico alemán publica un artículo donde avala las investigaciones y la teoría propuestas por Cajal. En este artículo Waldeyer utiliza -por primera vez- el término neurona para denominar a la célula nerviosa.

1891. Santiago Ramón y Cajal.  Formula la Ley de la Polarización Dinámica de las Neuronas según la cual la transmisión neuronal es siempre unidireccional: fluye desde las ramificaciones dendríticas hacia el cuerpo de la neurona, donde se procesa dicha información, y de éste hacia las ramificaciones terminales o axones, para contactar con otra u otras neuronas.

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Paisajes Neuronales

noviembre 11, 2009 on 3:04 pm | In galería de imágenes, neurobiología | 1 Comment

Adolfo García | Con motivo de la fiesta del décimo aniversario del Bar Radar, acompañando la actuación de Bauri, proyectamos una interesante colección de fotografías de la corteza cerebral e hipocampo tomadas con microscopio de fluerescencia.  Más allá de su indudable e interesante valor científico, nos ha llamado la atención el resultado artístico de cada instantánea. [ir a Galería Paisajes Neuronales]

El sistema nervioso está constituido por dos tipos principales de células: neuronas y células gliales. La función principal de las neuronas es recibir información de otra u otras neuronas, procesarla y enviar una respuesta a otra serie de neuronas. Las células gliales, tienen entre otras funciones, una función de soporte de las neuronas, les aportan nutrientes y eliminan agentes potencialmente tóxicos para las neuronas. Además, en los últimos años, se ha descubierto que pueden mediar también en la comunicación entre las neuronas, facilitando la transmisión de información entre las neuronas.

En la presente serie de fotografías, se muestran imágenes tanto de neuronas como de células gliales obtenidas de cerebros humanos y de roedores. Para poder observar el tejido nervioso al microscopio y poder así fotografiar sus células, es necesario teñirlas previamente. Una forma de teñirlas o marcar las células del cerebro es mediante moléculas fluorescentes capaces de pegarse a la superficie de la célula y dotarlas así de color. En las distintas fotografías de la serie “paisajes neuronales” hemos empleado dos tipos de moléculas fluorescentes: verdes y rojas. Las verdes se unen a una proteína que tienen tanto las neuronas como las células gliales llamada aromatasa (abreviado “aro” en los pies de foto), por lo que se pueden ver en verde tanto neuronas como células gliales. Por su parte, algunas de las moléculas rojas empleadas marcan distintas proteínas presentes sólo en neuronas (calb, parv, calr, abreviaturas de calbindina, parvalbúmina y calretinina, respectivamente). Por tanto, las células rojas que aparecen en las fotos con estas abreviaturas se son todas ellas neuronas. Otro marcador rojo utilizado es la GFAP (ver pie de foto), esta proteína sólo está presente en las células gliales, por tanto, las células rojas con GFAP son células gliales. En algunos casos, se emplearon simultáneamente moléculas verdes (aro) y rojas. Las células a las que se unen ambas moléculas (verdes y rojas) muestran un color amarillo.

En las fotos se muestran neuronas y células gliales de dos regiones cerebrales, la corteza cerebral y el hipocampo. Es fácil distinguir a una neurona de una célula glial por su forma y tamaño. Las neuronas suelen tener un cuerpo o soma redondeado del que parten una serie de ramas (fotos). Las células gliales en cambio, tienen una forma estrellada, con múltiples prolongaciones que parten del cuerpo o soma de forma radial (fotos GFAP). El tamaño medio de una neurona viene a ser de unas 30 micras (0,003 cm) mientras que el de una célula glial ronda las 15 micras. Como dato curioso, el cerebro humano cuenta con unas 100.000.000.000 neuronas y un número aún mayor de células gliales. En cambio, un insecto, como la hormiga tiene en torno a unas 10.000 neuronas.

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