Un mundo virtual tipo Matrix para estudiar la actividad del encéfalo de alevines de pez cebra

Dibujo20130123 zebrafish larva paralysed and suspended by pipettes for microscope imaging

El neurocientífico Florian Engert (Univ. Harvard) dice que sus alevines de pez cebra están encerrados como Neo (Keanu Reeves) al principio de la película de los hermanos Wachowski “Matrix (1999). En la película los seres humanos están esclavizados por las máquinas que los utilizan como baterías vivientes para obtener energía, mientras en su mente viven en un mundo virtual que no existe. En los experimentos de Engert los alevines, cuyo cuerpo es transparente, son inmovilazados en una placa de Petri para poder observar sus neuronas mediante un microscopio y una serie de electrodos, mientras los investigadores proyectan diferentes mundos virtuales que simulan paisajes submarinos cambiantes. Su objetivo es descubrir cómo las neuronas del encéfalo del pez codifican la visión, la audición, el movimiento e incluso el miedo. Su experimento permite rastrear el comportamiento colectivo de unas 300.000 neuronas (en realidad, de solo unas 1000 neuronas en unas 300 subregiones para un solo pez, pero combinando por ordenador el resultado para muchos peces se pretende obtener la actividad de un encéfalo de referencia). Se utilizan peces transgénicos que desarrollan marcadores del calcio que permiten seguir su flujo en las neuronas en tiempo real mientras se va alterando el mundo virtual con el que los estimulan los investigadores. Nos lo cuenta Virginia Hughes, “Mapping brain networks: Fish-bowl neuroscience. Tiny fish trapped in a virtual world provide a window into complex brain connections,” Nature 493: 466-468, 24 January 2013. El artículo incluye el siguiente vídeo youtube muy al estilo de la película Matrix. Un artículo técnico con los resultados obtenidos hasta el momento es Misha B. Ahrens et al., “Brain-wide neuronal dynamics during motor adaptation in zebrafish,” Nature 485: 471-477, 24 May 2012.

El mundo virtual que los investigadores proyectan en la placa de Petri donde se encuentran los alevines de pez cebra se puede controlar mediante ordenador. Por ejemplo, se puede cambiar de forma más rápida o más lenta, ajustándolo a la reacción del pez, o a las medidas obtenidas de su actividad neuronal. A largo plazo, Engert espera poder descubrir la relación entre el comportamiento y la conectividad de las neuronas del encéfalo de los alevines, en cierto sentido, cómo la estructura determina la función (la máxima utilizada en el caso de las proteínas). Sin embargo, la labor no promete ser fácil; de hecho, el efecto de la realimentación visual en los músculos del pez es muy dependiente del ejemplar, en algunos es más fuerte y en otros más débil. Todavía no se sabe el porqué.

Por supuesto, no se puede estudiar todo sobre el encéfalo utilizando los alevines de Engert y muchos otros investigadores prefieren el uso de animales con un menor número de neuronas, como los nemátodos C. elegans (que tienen unas 300 neuronas), cuyo comportamiento es mucho más sencillo. Además, los alevines de pez cebra no muestran comportamientos sociales sofisticados, ni tampoco emociones complejas. Por ahora no está claro cuáles son los límites de la técnica de Engert y hasta dónde podrá llegar. Aún así, el estudio del conectoma del pez cebra promete ser muy revelador. Desde los trabajos pioneros de Santiago Ramón y Cajal los neurocientíficos han estado buscando el principio fundamental que describe cómo interaccionan entre sí los circuitos de neuronas. Quizás el mundo tipo Matrix de los alevines de pez cebra de Engert pueda ayudar a descubrirlo.

13 Comentarios

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Hector04Hector04

Toc toc ( no lo pude evitar) primera vez que escucho algo coherente parecido a la idea esa…

espaidualespaidual

off-topic:
Francis, me gustaria conocer tu opinion sobre el “concurso” del European Flagship y su resolución. No hubiese sido mejor financiar los 6 proyectos a partes iguales?

emulenewsemulenews

Eapaidual, no tengo opinión formada respecto a la convocatoria de proyectos European Flagship. En cuanto a la financiación, solo puedo decir que en los proyectos europeos se ha de justificar el gasto futuro. No es un premio o un concurso, es una convocatoria de macroproyectos y todo los futuros gastos han de estar bien justificados. El dinero que no se justifica con una necesidad concreta en la propuesta no se recibe. No tiene ningún sentido una financiación a partes iguales.

espaidualespaidual

tienes razón, me expresé mal. La pregunta es: ¿ porque se decide financiar tan solo 2 de los 6 megaproyectos?

emulenewsemulenews

No lo sé, Espaidual, así aparece en las bases de la propuesta. La idea original era seleccionar 6 proyectos piloto que recibirían como un millón y medio de euros durante un año para preparar la propuesta definitiva y ser elegidos entre los 2 o 3 proyectos que recibirían el “premio gordo,” unos mil millones de euros de financiación en 10 años. No tengo información más concreta sobre por qué la Comisión Europea decidió que así fuera esta convocatoria tan peculiar de “proyectos bandera”.

emulenewsemulenews

Fer137, se anunciará el 28 de enero a bombo y platillo. Te enterarás por los medios. A día de hoy, que yo sepa, es secreto.

emulenewsemulenews

Ya se ha anunciado el resultado (de forma oficiosa): Mil millones de euros en diez años irán para simular el cerebro y otro tanto para las aplicaciones del grafeno. El anuncio oficial será el 28 de enero, pero ya se sabe el nombre de los ganadores: Human Brain Project (que pretende simular el encéfalo en un superordenador) y Graphene (que pretende explotar las aplicaciones del grafeno). Más información en Alison Abbott, “Billion-euro brain simulation and graphene projects win European funds. Efforts to model the whole brain and to push graphene into the marketplace triumph in flagship contest,” Nature News, 23 January 2013, y Kai Kupferschmidt, “Graphene and Brain Modeling Project Win Billion Euro Science Contest,” Science Insider, 24 January 2013.

Fer137Fer137

Estos algo menos de susto:) Pero tambien veo mucho vendedor de crecepelo.
Por lo menos lo del grafeno tiene buena pinta. Y lo otro, quien sabe, quizas en uno de sus apartados en alguna de sus hipoteticas derivaciones puede dar algo sorprendente/paradigmatico a medio-largo plazo.

CesCes

Las propiedades emergentes son un mundo fascinante. En lugar de desmenuzar tanto las cosas . Qué es lo que pasa cuando las juntamos ?? Me encanta saber que hay gente que intenta saber esto. Porque 2 neuronas se comunican por corriente eléctrica –> una ecuación de ondas. Pero muchas neuronas son un sistema de n ecuaciones diferenciales no lineales acopladas, y eso no se sabe resolver. En cambio con nuevas leyes la cosa cambia, muy bonita esta entrada

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