Todos los sistemas complejos están formados por elementos básicos que sustentan las funciones, los procesos y las conexiones básicas. La capacidad aparentemente infinita del cerebro para llevar a cabo una amplia gama de funciones, desde el habla hasta la percepción sensorial, no es diferente: la célula nerviosa y la unión sináptica son las unidades elementales sobre las que se construye toda la actividad cerebral.
¿Cómo procesa el cerebro la información sensorial?
El objetivo de la investigación que se lleva a cabo en el Laboratorio Adesnik, parte del Departamento de Biología Molecular y Celular de la Universidad de California, Berkeley, es encontrar la base neuronal subyacente a la percepción. El líder del grupo, Hillel Adesnik, explica: “Queremos entender exactamente cómo los microcircuitos del cerebro procesan la información sensorial para impulsar el comportamiento. Si bien décadas de investigación han delineado cuidadosamente cómo las neuronas individuales extraen características específicas del entorno sensorial, los mecanismos celulares y sinápticos que permiten que los conjuntos de neuronas corticales procesen realmente la información sensorial y generen percepciones son en gran parte desconocidos”.
En su trabajo, los investigadores del Laboratorio Adesnik manipulan y monitorean las neuronas de ratones despiertos para llegar a una comprensión más completa de cómo los circuitos neuronales del cerebro humano sustentan la sensación, la cognición y la acción. El laboratorio desarrolló nuevas técnicas de imágenes ópticas que requieren la implantación de una ventana de vidrio en los cerebros de los ratones para que la luz se propague.
Prototipado de cubreobjetos de vidrio mediante micromecanizado láser
Si bien se pueden comprar cubreobjetos de vidrio, los científicos del Laboratorio Adesnik querían crear prototipos que ampliaran la capacidad de interactuar activamente con el cerebro del ratón. Imaginaron agujeros en el sustrato para el acceso de fármacos y electrodos, de modo que pudieran medir la interacción con los receptores y agregar colorantes para medir los niveles de actividad neuronal.
La determinación de un equilibrio entre tamaño y forma ha sido una parte importante de la investigación. “Al principio, probamos procesos mecánicos que se encuentran fácilmente en nuestro departamento”, dice el profesor Adesnik. “Pero eran demasiado poco fiables para nuestros estándares de investigación. Era difícil reproducir el tamaño exacto de los agujeros, que podían ser un círculo de tan solo 250 micras de diámetro o tener la forma de un cuadrado, y los agujeros demasiado grandes eran un problema, ya que la movilidad de los ratones creaba inestabilidad en la plataforma de grabación”.
Lo más importante es que los métodos mecánicos no permitieron localizar con precisión el lugar exacto del orificio para las áreas específicas del cerebro que el grupo quería alcanzar. Potomac tenía la experiencia de cortar vidrio sin que se agrietara, pero también experiencia con el mecanizado de alta precisión que colocaba los orificios exactamente donde los investigadores los necesitaban. Además, el diseño digital asistido por computadora permite variaciones en los diseños que se pueden modificar fácilmente en el software, lo que acelera el proceso iterativo de creación de prototipos.
Al igual que muchas investigaciones científicas fundamentales, el Laboratorio Adesnik espera contribuir a la comprensión básica de cómo funciona el cerebro. Pero lo que es más importante, la información obtenida en estos estudios podría mejorar los tratamientos de enfermedades neurológicas como el autismo, la esquizofrenia y la epilepsia que afectan a la humanidad.
