Nuevo Implante Neural Rastrea Actividad en Múltiples Regiones Cerebrales Simultáneamente

¿Cómo se comunican entre sí las diferentes partes del cerebro durante el aprendizaje y la formación de la memoria? Un nuevo estudio de 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 estructuras profundas —un primicia en el campo. Usando esta nueva tecnología, los investigadores muestran que ocurren diversos patrones de comunicación bidireccional entre dos regiones cerebrales conocidas por desempeñar 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 "ondulaciones de onda aguda", que ocurren en el hipocampo durante el sueño y el reposo.

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

El implante neural está compuesto por una tira delgada, transparente y flexible de polímero fabricada con una matriz de electrodos de oro de tamaño micrométrico, sobre los cuales se han depositado nanopartículas de platino. Cada electrodo está conectado por un cable de micrómetros de grosor a una placa de circuito impreso 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 multi-región. 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 puede doblarse hacia abajo para dar espacio a un microscopio que se acerca a la superficie para obtener imágenes de la corteza cerebral al mismo tiempo. Las sondas neuronales convencionales son rígidas, por lo que obstaculizan el microscopio; como resultado, no pueden usarse para monitorear estructuras cerebrales profundas mientras se obtienen 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 da al microscopio un campo de visión claro. Tampoco genera sombras ni ruido adicional durante la obtención de imágenes.

La motivación de este estudio fue llegar a la raíz de cómo ocurren en el cerebro diferentes procesos cognitivos, como el aprendizaje y la formación de la memoria. Dichos procesos implican comunicación entre el hipocampo y la corteza cerebral. Pero, ¿cómo sucede exactamente esta comunicación? ¿Y qué región cerebral 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 cerebrales simultáneamente, dijo Kuzum.

Los investigadores usaron su sonda para monitorear la actividad del hipocampo y la corteza cerebral en ratones transgénicos. Específicamente, monitorearon la actividad antes, durante y después de oscilaciones llamadas ondulaciones de onda aguda que ocurren en el hipocampo. Sus experimentos revelaron que la comunicación entre el hipocampo y la corteza cerebral es bidireccional: a veces la corteza inicia la comunicación, otras veces es el hipocampo. Esta es una primera pista importante para entender la comunicación inter-regional en el cerebro, dijeron los investigadores.

"La comunicación bidireccional que reportamos aquí es diferente de la noción convencional de que la corteza recibe pasivamente la información del hipocampo. En cambio, la corteza está activamente involucrada 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.