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Uno de los problemas del estudio de las funciones del cerebro es que a estas subyace una compleja red de redes neuronales. El cerebro del ser humano, por supuesto, es el más complejo, por lo que la problemática para estudiarlo es enorme. No obstante, como hemos dicho en más de una ocasión, esta propia complejidad del cerebro del ser humano le permite desarrollar soluciones creativas para enfrentar este problema. Otro ejemplo de ello es la optogenética, una técnica para el estudio de las funciones de neuronas y grupos de neuronas mediante la luz. Este vídeo la explica perfectamente:

Traducción del vídeo:

Los científicos pueden encender neuronas en el cerebro de este ratón utilizando luz. La luz activa células del cerebro que hacen al animal moverse en círculos. Este truco es una poderosa nueva herramienta. Utilizar luz para controlar el comportamiento de células está enseñandonos cosas que van desde cómo nos levantamos a cómo aprendemos. Se trata de la optogenética.

En 2002 unos científicos hallaron que una proteína reaccionaba ante la luz huyendo de ésta. Esta proteína es una canalrodopsina o channelrhodopsin y funciona como un canal iónico sensible a la luz azul. La luz azul provocaba que el canal se abriera. Entonces, los iones positivos eran capaces de penetrar en el interior celular de la misma forma que, de manera natural, el impulso nervioso hace penetrar a estos iones en el interior de la neurona provocando su disparo.

Nota: puedes recordar el funcionamiento neuronal leyendo “¿Cuál es la pila de nuestro cerebro?

Los científicos pronto vieron el potencial de esta proteína. Se dieron cuenta de que estas proteínas insertadaas en neuronas de mamíferos era una forma eficaz de controlar su funcionamiento y la actividad cerebral para muchas aplicaciones. Este método resultaba mejor que la inyección de sustancias, pues conlleva más tiempo, y que la estimulación eléctrica, ya que este método es más preciso.

Introducir esta proteína en el cerebro de, por ejemplo, un ratón, requiere un poco de ingeniería genética. Primero se debe coger el gen que codifica la proteína y su promotor (un fragmento de ADN que permite la transcripción y por tanto activación de un gen), luego inyectarlo en un virus y luego inyectar este virus en el cerebro del ratón para que infecte sus neuronas y añada a su ADN este gen. Una vez que se expresan estos fragmentos en el interior celular, las neuronas afectadas pasarán a contar con estos canales que se activan con luz azul. La luz es proyectada por un cable de fibra óptica.

Es la habilidad para especificar a un nivel tan concreto las neuronas que se quieren estudiar de un animal vivo lo que hace a esta herramienta tan poderosa.

Además de las canalrodopsinas hay otras proteínas dentro de la caja de herramientas de la optogenética. En esta mosca, diferentes sustancias sensibles a la luz son utilizadas para activar dos neuronas concretas dentro de la red de aproximadamente 200.000 neuronas que forman el cerebro de la mosca. Estas neuronas gobiernan la respuesta de escape, el reflejo que hace volar a la mosca. El flash de luz activa las neuronas haciendo a la mosca volar y extender sus alas. Le resulta inutil porque está atrapada en una placa de Petri.

Al igual que los científicos quisieron activar las neuronas de la mosca, quisieron también inactivarlas. Se puede lograr apagar una neurona empleando el mismo método pero utilizando una proteína sensible a un color diferente como la halorodopsina o halorhodopsin.

Lo que hacen estas lombrices se interrumpe cuando se enciende una luz amarilla. La luz amarilla activa la halorodopsina haciendo que una corriente de iones negativos entre en la neurona inactivando las neuronas motoras de la lombriz, deteniendo su nado.

Los neurocientíficos no son los únicos utilizando optogenética. Al igual que se pueden encender o apagar neuronas, diferentes herramientas permiten a los científicos controlar diferentes procesos en animales vivos y tejidos vivos. Estas células cardiacas de ratón han sido modificadas para latir siguiendo una pauta de luz. Y aquí, una proteína sensible a la luz hace a esta célula de la piel se mueva hacia un láser.

Las aplicaciones son infinitas. Los científicos han sido capaces de devolver a ratas afectadas con Parkinson a un funcionamiento normal. La optogenética está arrojando luz a campos tan diferentes como el estudio del comportamiento como el estudio de las proteínas celulares. Por esto la revista Nature ha elegido a la optogenética como el Método del Año 2010.

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