El implante neural monitorea múltiples áreas del cerebro a la vez

¿Cómo se comunican entre sí las diferentes partes del cerebro durante el aprendizaje y la formación de la memoria? Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de California en San Diego da un primer paso para responder a esta pregunta fundamental de la neurociencia.

El estudio fue posible gracias al desarrollo de un implante neural que monitorea la actividad de diferentes partes del cerebro al mismo tiempo, desde la superficie hasta las estructuras profundas, una novedad en el campo. Utilizando esta nueva tecnología, los investigadores muestran que se producen diversos patrones de comunicación bidireccional entre dos regiones del cerebro que se sabe que desempeñan un papel en el aprendizaje y la formación de la memoria:el hipocampo y la corteza cerebral. Los investigadores también muestran que estos diferentes patrones de comunicación están vinculados a eventos llamados ondas de onda aguda, que ocurren en el hipocampo durante el sueño y el descanso.

“Nuestro implante neural es versátil; se puede aplicar a cualquier área del cerebro y puede permitir el estudio de otras regiones cerebrales corticales y subcorticales, no solo el hipocampo y la corteza cerebral”, dijo el profesor Duygu Kuzum.

El implante neural se compone de una tira de polímero flexible, transparente y delgada fabricada con una matriz de electrodos de oro del tamaño de un micrómetro, sobre los cuales se han depositado nanopartículas de platino. Cada electrodo está conectado por un cable delgado de micrómetros a una placa de circuito impresa personalizada. Puede registrar señales eléctricas de neuronas individuales en lo profundo del cerebro, como en el hipocampo, mientras obtiene imágenes de áreas grandes como la corteza cerebral.

Varias características de diseño hacen posible el monitoreo de múltiples regiones. Una es que esta sonda es flexible. Cuando se inserta profundamente en el cerebro para monitorear una región como el hipocampo, la parte que sobresale del cerebro se puede doblar hacia abajo para dejar espacio para que un microscopio se baje cerca de la superficie para obtener imágenes de la corteza cerebral en el Mismo tiempo. Las sondas neurales convencionales son rígidas, por lo que se interponen en el camino del microscopio; como resultado, no se pueden usar para monitorear estructuras cerebrales profundas mientras se toman imágenes de la superficie del cerebro. Y aunque esta sonda neural es suave y flexible, está diseñada para resistir el pandeo bajo presión durante la inserción. Otra característica importante es que la sonda es transparente, por lo que le da al microscopio un campo de visión claro. Tampoco genera sombras ni ruido adicional durante la captura de imágenes.

La motivación para este estudio fue llegar a la raíz de cómo se producen en el cerebro diferentes procesos cognitivos, como el aprendizaje y la formación de la memoria. Dichos procesos implican la comunicación entre el hipocampo y la corteza cerebral. Pero, ¿cómo ocurre exactamente esta comunicación? ¿Y qué región del cerebro inicia esta comunicación:el hipocampo o la corteza cerebral? Este tipo de preguntas han quedado sin respuesta porque es muy difícil estudiar estas dos regiones del cerebro simultáneamente, dijo Kuzum.

Los investigadores utilizaron su sonda para monitorear la actividad del hipocampo y la corteza cerebral en ratones transgénicos. Específicamente, monitorearon la actividad antes, durante y después de que ocurrieran oscilaciones llamadas ondas de onda aguda en el hipocampo. Sus experimentos revelaron que la comunicación entre el hipocampo y la corteza cerebral tiene dos lados:a veces la corteza inicia la comunicación, otras veces es el hipocampo. Esta es una primera pista importante para comprender la comunicación entre regiones del cerebro, dijeron los investigadores.

“La comunicación bilateral que informamos aquí es diferente de la noción convencional de que la corteza recibe pasivamente la información del hipocampo. En cambio, la corteza participa activamente en la codificación de información en el cerebro y puede desempeñar un papel instructivo durante la consolidación y recuperación de la memoria”, dijo el Dr. Chi Ren, uno de los investigadores.