Imágenes del cerebro con luz esculpida

Artículo original: Imaging the brain with sculpted light, Kate Fehlhaber

Traducido por Lucy Balish

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Tal vez el mayor objetivo de la neurociencia es entender cómo las neuronas individuales interactúan entre sí tanto en el espacio como en el tiempo. Cuanto más detallada sea nuestra comprensión de las redes neuronales complejas, más podremos entender cómo el sistema nervioso de un organismo procesa la información para generar comportamiento. Para lograr este objetivo, la investigación neurocientífica se ha centrado en la obtención de mapas detallados de conexiones anatómicas, como esos producidos por el Proyecto Conectoma Humano. Sin embargo, también se han realizado enormes esfuerzos para mapear la actividad neuronal y entender cómo estas redes se involucran en actividades dinámicas. Clásicamente, esto se ha logrado utilizando la electrofisiología, en la que la actividad de las neuronas individuales se registra en tiempo real. Con el surgimiento de la optogenética y las técnicas avanzadas de imagenología, los investigadores han sido capaces de monitorear la actividad de muchas neuronas a la vez. Más recientemente, un grupo de científicos austriacos desarrolló una nueva técnica de imagenología de alta velocidad que permitió producir imágenes en 3 dimensiones del cerebro de C. elegans (descrita en la edición de septiembre de Nature Methods).

Uno de los organismos modelo más sencillos utilizados en la investigación neurocientífica es el nematodo C. elegans. Con 302 neuronas y 8000 sinapsis, es el único animal cuyo sistema nervioso entero ha sido mapeado anatómicamente. Los investigadores decidieron estudiar este animal con la esperanza de poder establecer un mapa completo de las relaciones entre la estructura y la función de un sistema nervioso entero. Esto no se ha hecho antes debido a las limitaciones de la imagenología convencional, que conlleva un compromiso inherente entre la precisión espacial o temporal y el tamaño de la región del cerebro que se puede estudiar. En otras palabras, si se puede resolver la actividad de una sola célula con alta precisión, no se puede mirar simultáneamente la función de todas las neuronas en un cerebro entero. Para superar estas deficiencias, el equipo de investigación desarrolló una forma de «esculpir» la distribución tridimensional de la luz en «discos» a lo largo de la muestra. ¡De esta manera podrían registrar la actividad del 70% de todas las células nerviosas en la cabeza del nematodo con alta resolución espacial y temporal!

Tan sorprendente como es este nuevo método de microscopía, es solo parte del cuento. Para visualizar las neuronas, se marcaron con una proteína fluorescente llamada GCaMP5, que se ilumina cuando se une al calcio. Dado que la actividad neuronal causa un cambio rápido en la cantidad de calcio en la célula, los indicadores de calcio, como el GCaMP5, se han utilizado profusamente para visualizar la actividad neuronal (Akerboom et al., 2012).

Armados con estas herramientas microscópicas y genéticas, parece aún más concebible que los neurocientíficos puedan establecer un mapa funcional del sistema nervioso de C. elegans, así como de otros organismos modelo. Además, estas técnicas permitirán a los neurocientíficos abordar preguntas aún más complicadas: ¿cómo se procesa la información sensorial a nivel de todo el cerebro? Por ahora, celebramos estos avances metodológicos, ya que abrirán el camino para hacer experimentos que antes no eran posibles.

Para leer más sobre el mapeo del cerebro, eche un vistazo a la edición Focus de junio de 2013 de Nature.

Y para reírse, eche un vistazo a estos C. elegans haciendo el “Harlem Shake”.

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Escrito por Kate Fehlhaber

Imágenes adaptadas de la Universidad Simon Fraser, el Hammerland Lab de Yale y Worm Atlas

Traducido por Lucy Balish

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Referencias

Schrödel T., Prevedel R., Aumayr K., Zimmer M. & Vaziri A. (2013). Brain-wide 3D imaging of neuronal activity in Caenorhabditis elegans with sculpted light, Nature Methods, 10 (10) 1013-1020. DOI: 10.1038/nmeth.2637

Akerboom J., Chen T.W., Wardill T.J., Tian L., Marvin J.S., Mutlu S., Calderon N.C., Esposti F., Borghuis B.G., Sun X.R. & Gordus A. (2012). Optimization of a GCaMP Calcium Indicator for Neural Activity Imaging, Journal of Neuroscience, 32 (40) 13819-13840. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2601-12.2012