viernes, 1 de enero de 2010

¿Cómo funciona el cerebro?

La revista Livescience pidió a varios científicos de diversos campos del pensamiento que enumeraran los mayores misterios de la ciencia a día de hoy, uno de ellos fué el funcionamiento del cerebro.

Nuestro cerebro puede imaginar cosas como el comienzo o el fin del universo, ¿pero es capaz de comprenderse a si mismo?

Con miles de millones de neuronas, cada una de ellas con miles de conexiones, la red neuronal se vuelve enormemente compleja. A pesar de ello Neurólogos y Científicos cognitivos siguen sondeando el funcionamiento de la mente para concocer que da lugar a los pensamientos, las acciones, las emociones y, en definitiva, a la conciencia.
La complejidad de nuestra "máquina cerebral" es enorme. Sin embargo, la rentabilidad que se podría obtener de su conocimento sería enorme.
"Si entendemos el cerebro, vamos a entender tanto su capacidad y sus límites para el pensamiento, emociones o razonamiento, como para el amor y todos los demás aspectos de la vida humana", dijo Norman Weinberger, neurocientifico de la Universidad de Irvine California.


¿Que hace al cerebro tan dificil de entender?
Según Scott Huettel del Centro de Neurociencia Cognitiva en la Universidad de Duke, la cusetión de inicio sería la siguiente: "El cerebro humano es el objeto más complejo del universo... Su complejidad hace impracticable aplicar modelos simples y totalmente precisos para comprenderlo "
Y aunque exista una respuesta a su funcionamiento, dijo Huettel, esta seria incompleta. El verdadero problema en las ciencias del cerebro es la autoreflexión. Los Neurocientíficos no pueden salir de sus propios cerebros (y experiencias) para estudiarlo.
"Un factor intrinseco, inevitable y pernicioso es que creo que solo podemos entender el cerebro a través de nuestra propia experiencia. Pero nuestra propia experiencia subjetiva es una muy mala guía para entender el funcionamiento del cerebro ", dijo Huettel.
"Si el cerebro humano puede comprenderse a sí mismo es una de las más antiguas preguntas filosóficas", dijo Anders Garm, de la Universidad de Copenhague, Dinamarca, un biólogo que estudia las medusas como modelos del procesamiento neural de la información visual en los humanos.

Mecánica Mental
Los científicos han hecho algunos progresos al focalizar como objetivo directo "buscar" en el propio cerebro humano.
En los últimos años, las técnicas de imagen cerebral, como la resonancia magnética funcional (fMRI) han permitido a los científicos observar al cerebro en acción y determinar la forma en funcionan grupos de neuronas.
Se han identificado centros de conexiones en el cerebro que son responsables de ciertas tareas, como los que nos hacen huir de una situación peligrosa, el procesamiento de información visual, los que nos hacen soñar y almacenar memorias a largo plazo... Pero el entendimiento de la mecánica de cómo las redes neuronales colaboran para permitir estas tareas se ha mantenido como un objetivo muy dificil de alcanzar.
"Todavía no tenemos un sistema para estudiar cómo los grupos de neuronas forman las redes cuando aprendemos, recordamos, o hacemos cualquier otra cosa, incluido ver, oir en movimiento, amar...", dijo Weinberger.
Además estos grupos de células del cerebro de alguna manera (aún no sabemos cual) dan lugar a comportamientos complejos y a cosas como las emociones, tales como el altruismo, la tristeza, la empatía y la ira.
Huettel y sus colegas utilizan actualmente las fMRIs para intentar descubrir la región del cerebro relacionada con el comportamiento altruista.
"A pesar de comprender la función de esta región cerebral no necesariamente se podrá determinar lo que impulsa a gente como la Madre Teresa", dijo Huettel ", pero puede dar pistas sobre el origen de comportamientos sociales importantes, como el altruismo".

¿Quién soy yo?

Sin embargo, la pieza del puzzle mas buscada en la investigación sobre el cerebro es, sin duda, la conciencia. Cuando usted mira a una pintura, por ejemplo, es consciente en su mente de sus colores y formas. Al mismo tiempo, la impresión visual puede agitar las emociones y generar pensamientos. Esta toma de conciencia y percepción subjetiva es la conciencia.
Muchos científicos consideran la conciencia la linea que diferencia a los seres humanos del resto de los animales. Así, los procesos cognitivos nos conduzcen a los comportamientos directamente sin que nosotros mismos seamos conscientes de como lo hacen. Incluso saben que se tratan de buscar a si mismos.
Y si esta cuestión es resuelta, igualmente desconcertante será la siguiente pregunta que se plantearan los neurocientíficos: ¿Por qué? ¿Por qué existe la conciencia en todos nosotros?.
En última instancia, según Weinberger, "la comprensión del cerebro nos permitirá comprender lo que realmente es el ser humano".

PROYECTO BLUE BRAIN

Red neuronal artificial


La Revista SEED tiene un artículo muy interesante sobre el proyecto 'Blue Brain' que tiene como objetivo crear una simulación a tiempo real-biológico del cerebro humano en un superordenador.





Hasta el momento, sólo se ha conseguido simular una columna cortical, pero esto en sí mismo ya es muy impresionante ya que muchos pensaron que nunca podría hacer.

El proyecto se encuentra actualmente efectuando la simulación de alrededor de 10000 neuronas y de un total de alrededor de 30 millones de conexiones sinápticas.

Si habías oido hablar de redes neuronales artificiales antes de leer esto te podría no sonar muy impresionante, pero la diferencia entre este proyecto y la mayoría de los otros es que intenta simular numéricamente los procesos biológicos de cada celda.

En contraste, la mayoría de las redes neuronales se componen de elementos individuales que suelen ser poco más que " simulaciones metáforicas" de cómo funcionan realmente las neuronas.

Lo increíble es que el proyecto ha demostrado que su software cortical columna actúa espontáneamente como su equivalente biológico cuando es encendido y estimulado.

"No se necesito mucho tiempo antes de que el modelo reaccionara. Después de sólo unas pocas sacudidas eléctricas la neuronales artificiales del circuito comenzaron a actuar como un verdadero circuito neural. Los grupos de neuronas conectadas empezaron a encenderse en estrecha sincronía: el cableado de las propias células las unió. Diferentes tipos de células obedecieron sus instrucciones genéticas. Los científicos pudieron ver en el tejido celular los flashes y observar luego como se desvanecian siguiendo patrones significativos en sí mismos. Las Dendritas se relacionaban con las demás en busca de la luz. "Todo esto lo hicieron por su propia cuenta," dice Markram. "Fue totalmente espontáneo." Para el equipo de Blue Brain, es un avance emocionante. Después de años de duro trabajo, finalmente fueron capaces de ver algo desarrollandose en le cerebro, sinapsis por sinapsis. Los microchips se fueron convirtiendo en una mente"


Artículo original de Vaughan
Aquí puedes ver un artículo en profundidad que detalla tanto el proyecto como a algunas de los científicos involucrados en el mismo.

TRASPLANTE NEURONAL

Trasplante en humanos





Investigadores de la Universidad de la Escuela de Medicina de Pensilvania han demostrado que las células nerviosas humanas pueden ser incorporadas en una red con lo que se podrían utilizar algún día en trasplantes para la reparación de daños al sistema nervioso. Sus hallazgos han sido publicados en la edición de febrero del Journal of Neurosurgery.

"Hemos creado una red neuronal tridimensional, un mini sistema nervioso que puede ser trasplantado en bloque", explica el autor Douglas H. Smith, MD, Profesor del Departamento de Neurocirugía y Director del Centro de Traumas y Reparación Cerebral de Penn.

Aunque el trasplante de neuronas para reparar el sistema nervioso ya se ha realizado en modelos animales, hay pocas fuentes viables sobre el uso de las neuronas de forma clínica, además hay una gran insuficiencia de líneas de actuación clínica sobre como superar el daño en el sistema nervioso de los pacientes.

El tramo inicial

En trabajos anteriores, el grupo de Smith demostró que se podía reconducir el trayecto de las fibras nerviosas (axones) para que crecieran respondiendo a una tensión mecánica. Colocaron las neuronas de una rata obtenidas de los ganglios de la raíz dorsal (las agrupaciones de nervios justo en las afueras de la médula espinal) en placas de plástico llenas de nutrientes. Los axones de las neuronas germinadas en cada placa se conectaron con las neuronas de otros placas. Dichas placas fueron separadas lentamente durante una serie de días, con la ayuda de un ordenador que guiaba de forma precisa un sistema motor, la creación de extensiones se alargo a medida que se producia esa separación.
Las neuronas fueron incrustadas en una matriz de colágeno, laminadas en una forma semejante a un rollo de gelatina, y luego implantadas en unas ratas-modelo con una lesión de la médula espinal. Después de un periodo de cuatro semanas de estudio, los investigadores descubrieron que la geometría de la construcción neuronal se mantuvo y que las neuronas de los dos extremos (y todos los axones que abarcan estas neuronas) sobrevivieron al trasplante. Más importante aún, los axones en los extremos del bloque junto con el tejido colágeno donde estaban se habían extendido a través de la separación entre ambos para conectarse con el tejido de acogida como una especie de puente operativo del tejido nervioso.

El siguiente paso

Ahora, los investigadores han dado el siguiente paso y estén aplicando esta técnica a celulas nerviosas humanas. Smith y su equipo humano obtenido neuronas de los ganglios de la raíz dorsal (debido a su solidez) para su trasplante.

Las neuronas de los ganglios se ha obtenido de 16 pacientes después de realizar gangliotomias selectivas, y cuatro juegos más de neuronas fueron obtenidas a su vez de donantes de órganos. Las neuronas se purificaron y se colocaron en una cámara especialmente diseñada para su crecimiento. Utilizando la técnica de estirar su crecimiento, los axones se separaron lentamente en direcciones opuestas durante una serie de días, hasta que alcanzaron la longitud deseada.

Las neuronas que sobrevivieron al menos tres meses al tiempo que se mantenían su capacidad operativa de transmitir señales eléctricas a lo largo de las fibras nerviosas. Los axones crecieron cerca de 1 milímetro por día hasta tener una longitud de 1 centímetro, esta es la primera vez que se crea por ingeniería tejido nervioso humano.

"Este estudio nos da esperanzas para emplear neuronas en adultos como una alternativa al trasplante debido a su disponibilidad, viabilidad, y la capacidad diseñadas", dice Smith. "También hemos demostrado la viabilidad de la obtención de neuronas de pacientes vivos como fuente de neuronas para si mismos o para trasplantes, así como su obtención de donantes de órganos para los injertos".


Artículo original en Inglés

MENTE Y CONCIENCIA

CITAS


A continuación os pongo una serie de definiciones de lo que la mente y la conciencia es para algunos reputados autores en diferentes disciplinas o formas de pensamiento... para refexionar.



Las percepciones que referimos a cosas que están fuera de nosotros, son producidas por esos objetos que al provocar algunos movimientos en los órganos de los sentidos externos, los provocan también en el cerebro por medio de los nervios los cuales hacen que el alma los sienta.
René Descartes


Nadie ha demostrado todavía la analogía eléctrica o química de un pensamiento, y justamente es el pensamiento lo que ocupa totalmente al psicoanálisis.
Dr. Charles Brenner

Resulta que las mentes, que son cerebros, son artefactos de la selección natural extremadamente complicados, y como tales muestran muchas propiedades emergentes que pueden entenderse de la mejor manera desde el punto de vista de la ingeniería.
John Brockman

La física, el brillante ejemplo de la ciencia pura y dura, que siempre se ha tenido como un modelo para las demás, está ahora trascendiendo la visión del mundo mecanicista y reduccionista. Nos está conduciendo a una visión orgánica, holística y ecológica similar a la de los místicos, las personas psíquicas y las que tienen experiencias transpersonales espontáneas.
Fritjof Capra

El cuerpo es un río de átomos, la mente es un río de pensamientos, y lo que los une es un río de inteligencia. En el preciso instante que pensamos "estoy feliz" un mensajero químico traduce nuestras emociones. Todas las células del cuerpo entienden nuestro deseo de felicidad y se suman a él. El hecho de que podamos hablar instantáneamente con 50 mil millones de células en su propio lenguaje, resulta tan inexplicable como el momento en que la naturaleza creó al primer fotón a partir del espacio vacío. Los neurotransmisores son la expresión material más fina de la inteligencia que puede producir el cerebro.
Deepak Chopra

La plasticidad cerebral es la capacidad del sistema nervioso central para adaptarse; sea para recuperar funciones perdidas -después de un accidente cerebrovascular o de una lesión de médula espinal- o para adaptarse a nuevos requerimientos ambientales; o sea, aprender. Esto quiere decir en alguna medida que nuestro cerebro está permanentemente cambiando, y si se pudieran entender mejor estos mecanismos se podrían instrumentar estrategias para modificarlo con un fin determinado. Una posibilidad de los cambios en las neuronas es que establezcan nuevas redes neuronales reemplazando las redes neuronales que había antes. Otra posibilidad es que nazcan nuevas neuronas. Y también, que ciertas conexiones neuronales que antes de la lesión no tenían una significación funcional pasan a interactuar y a conectarse. También es cierto que el cerebro adulto tiene la posibilidad de experimentar cambios plásticos de enorme importancia y magnitud. Y aunque antes se creía que era imposible cambiar algo en la estructura o función de las áreas del cerebro afectadas por una lesión después de una cierta edad, hoy sabemos que no es así.
Dr. Leonardo Cohen

Gracias a nuestro conocimiento del efecto tan potente que una idea provoca podremos llegar a comprobar la importancia de ejercer una censura más estricta y cuidadosa sobre los pensamientos que entran en nuestra mente.
Dr. Emile Coué

La mente es la fuerza maestra que moldea y construye. Y el hombre es su mente, y cada vez que utiliza la herramienta del pensamiento y da con ella forma a lo que desea crea mil alegrías o mil males. El piensa en secreto y su mente lo es todo, el entrono es sólo el espejo en que se refleja.
James Allen

Los cerebros pueden ser considerados, según sus funciones, análogos a las computadoras. Son análogos en el sentido de que ambos tipos de máquinas generan complejos patrones de información de salida de acuerdo a análisis de complejos patrones de entrada de información, y luego de remitirse a la información almacenada. "La unidad básica de los computadores biológicos, la célula nerviosa o neurona, no se parece en nada a un transistor en su mecanismo interno.
Richard Dawkins

La idea de que nuestra conciencia es una máquina virtual, es una atractiva bomba de intuición. Las mentes humanas conscientes son máquinas virtuales más o menos seriales implementadas sobre el hardware paralelo que la evolución nos ha legado.
Daniel C. Dennett

El futuro del mundo saldrá del cerebro del hombre, y estará conformado, controlado y dirigido por los deseos y pasiones que mueven a los hombres.
Carlos Fourier

Para mí el autoconocimiento -la conciencia- es una propiedad como la inteligencia, que puede acabar evolucionando en los sistemas complejos adaptativos cuando alcanzan ciertos niveles de complejidad.
Murray Gell-Mann

Lo más trascendente fue saber que en la profundidad del cerebro adulto existen células progenitoras. Se ha derribado el dogma que indicaba que una vez que el cerebro se desarrollaba, sus células ya habían tomado sus características definitivas.
Oscar Gershanik

La expansión de la consciencia implica un desarrollo gradual, una evolución histórica que va de lo inconsciente a lo consciente, de lo inferior a lo superior, de lo individual a lo social, de lo personal a lo transpersonal y de lo transpersonal a lo universal.
Ana Mª González Garza

Todos los cerebros humanos están interconectados, actuando cada cerebro como una célula de un gigantesco cerebro de una mente colectiva, interactuando con la gran estructura cósmica.
Grinber

La conciencia es el producto de un fenómeno de coherencia cuántica en el cerebro.
Stephen Hawking

Otro de los interrogantes sobre la mente es que, en un corte del cerebro, casi todo lo que se ve son cables. Es por esto que mi computador se llamó Máquina Conectiva.
W. Danieel Hillis

Todo pensamiento, aun el más leve, influye beneficiosa o perjudicialmente, según su buena o mala índole, en la estructura del cerebro. La repetición de un mismo pensamiento acaba por establecer un hábito que, luego de contraído, resulta muy difícil de extirpar. Parece como si la repetición del pensamiento abriera en el tejido nervioso un surco. Los seres humanos pueden modificar sus vidas modificando sus actitudes mentales.
William James

Después de la mecánica ondulatoria, el mundo se parece más a un pensamiento que a una máquina. El Universo es como un pensamiento en la mente de un matemático. Los físicos se apartan del punto de vista materialista porque el universo comienza a tener más aspecto de un gran pensamiento que el de una gran máquina.
Sir James Jeans

Si queremos que dentro de unas décadas siga habiendo civilización y ciencia, confío en que físicos, psicólogos y biólogos estén dispuestos a dedicar buena parte de sus esfuerzos a la comprensión de la energía mental y de su papel en el cerebro y en el mundo en general.
R. McConnell

Debemos nuestras mentes a las muertes y a las vidas de todas las criaturas que han participado en la lucha que llamamos evolución. Nuestra tarea consiste en velar para que todo este trabajo no acabe en puro desperdicio sin sentido.
Marvin Minsky

La mente es independiente del cerebro. El cerebro es un computador, pero está programado por algo que es externo a él, la mente.
William Penfield

No es realmente legítimo considerar al cerebro simplemente como una colección fija de cables neuronales. Las interconexiones entre neuronas no son fijas, como lo serían en el modelo de computador anterior, sino que están cambiando continuamente. Si queremos llegar a explicar los efectos de la conciencia tendremos que encontrar algún proceso físico no computable. ¡Quizá estemos condenados a ser computadores después de todo! Yo, personalmente, no lo creo.
Roger Penrose

En el fondo, todo este inquietante mundo de la comunicación telepática, de la percepción extrasensorial y de las premoniciones constituye una advertencia, una invitación a la humildad para los psicólogos demasiado orgullosos de su ciencia, y representa también un reto al ingenio humano”.
José Luis Pinillos

La anatomía y la fisiología del cerebro son aspectos muy importantes para conocer su estática y su dinámica, pero estos datos no nos revelan el misterio de las señales que circulan por las neuronas, ni su sistema de codificación, y mucho menos su significado. ¿Cuál es el límite? El límite del cerebro está en el infinito.
José M. Rodríguez Delgado

Mis más recientes trabajos y los de otros científicos de prestigio intachable, destacando especialmente a Brian Josephson, sugieren seriamente que la materia viva se enmarca más allá de la mecánica cuántica en una teoría general que permite la precognición. Existen ya dos versiones de esta teoría. Una es la de Stuart Hameroff y Roger Penrose basada en la última versión de la teoría cuántica de Niels Bohr. La otra, llamada de 'back-action' o 'acción posterior' que yo propongo se apoya en las ideas últimas de Bohr de que algo así como un 'quantum' u 'onda piloto' de grandes dimensiones, más allá de espacio y tiempo, guía el comportamiento del cerebro.
Jack Sarfatti

Estoy convencido de que la mente es una mezcolanza de cosas estrafalarias cuyo resultado es la inteligencia.
Roger Schank

Según esta teoría, los recuerdos no deben estar necesariamente almacenados en el interior del cerebro puesto que los hábitos y los recuerdos de acontecimientos pasados concretos pueden ocurrir por resonancia mórfica con estados anteriores del mismo organismo.
Rupert Sheldrake

El cerebro puede compararse a un telar mágico en el que millones de centelleantes lanzaderas entretejen una evanescente estructura, siempre significativa aunque nunca duradera; una cambiante armonía de subestructuras. Es como si la Vía Láctea emprendiera alguna danza cósmica.
Sir Charles Sherrington

Es la mente la que crea el bien o el mal.
Herbert Spencer

No cabe la menor duda de que ciertos aspectos de la mente y de la consciencia dependen, parcial o totalmente, del funcionamiento del cerebro y del sistema nervioso. No obstante, existen ciertos fenómenos que parecen un tanto independientes de las limitaciones físicas impuestas por el cerebro y nos obligan a afrontar el problema desde otra perspectiva.
Charles T. Tart

Veo la mente como una propiedad emergente. El cerebro no puede entenderse como un computador en ningún sentido interesante, y comparto la opinión de la gente que piensa que el cerebro se apoya en la representación simbólica.
Francisco Varela

La Música construye puentes en el cerebro

La Música construye puentes en el cerebro










Recibir clases de música puede reforzar las conexiones entre los dos hemisferios del cerebro en los niños, pero sólo si la práctica se realiza de forma muy asidua, de acuerdo con un estudio que se publicó el 14 de abril en la reunión anual de la Sociedad de Neurociencia Cognitiva. Las conclusiones se añaden al largo debate sobre los efectos de la formación musical en el cerebro.

En 1995, un estudio dirigido por el neurólogo y neurocientífico Gottfried Schlaug encontró que los músicos profesionales que comenzaron a practicar antes de la edad de 7 años tienen un inusualmente grueso cuerpo calloso, el grupo de los axones que funciona como la supercarretera de la información entre las partes izquierda y derecha del cerebro . Schlaug y colegas vieron esto como prueba de que la formación musical puede reforzar las conexiones neuronales, pero los escépticos se refirieron a la posibilidad de que en los músicos ya había más cuerpo calloso previamente. Y que ese “cableado neural” ha influido en sus tendencias musicales en lugar de al revés.


Para investigar más a fondo, Schlaug, ahora en la Escuela de Medicina de Harvard en Boston, y sus colegas Marie incluyendo Forgeard y Ellen Winner en el Boston College, estudiaron a 31 niños. Los investigadores recogieron imágenes detalladas producto de resonancias magnéticas de los cerebros de niños a la edad de 6 años y más tarde de los mismos niños a los 9. Del grupo original, seis hijos habían practicado de forma habitual al menos 2,5 horas a la semana en el tiempo entre los análisis. En estos músicos en ciernes, una región del cuerpo calloso que conecta el movimiento de planificación de las regiones de las dos partes del cerebro creció alrededor del 25% en relación con el tamaño total del cerebro. Los niños que en promedio sólo practicaban de una a dos horas semanales de práctica y aquellos en los que se redujo totalmente sus instrumentos no mostraron ese crecimiento. Todos los niños practicaban con instrumentos, como un piano o un violín, que requieren el uso de las dos manos.

En cada tema, los investigadores encontraron que el tamaño del aumento en el cuerpo calloso predijo las mejoras no-musicales en una prueba que exigía a los niños tocar secuencias en un teclado de ordenador. Schlaug dijo que las conclusiones que pueden extraerse del debate anterior, muestran que la formación musical puede mejorar las conexiones neuronales relacionadas con la planificación y la coordinación de movimientos entre las dos manos. Su equipo está ahora en el seguimiento de los niños investigados y si su formación tiene otros beneficios, como la mejora de la memoria o habilidades de razonamiento.

"Estoy muy emocionado por todo esto", dice Steven Swinnen, un neurocientífico que hizo estudios de control de la circulación de la información en la Universidad Católica de Lovaina en Bélgica. "Todo el mundo piensa que la formación musical produce cambios en la estructura y funciones del cerebro", dice Swinnen, pero hasta el momento no teniamos las pruebas. Aunque le gustaría ver los resultados replicados en más estudios, Swinnen piensa que este estudio es uno de los primeros en dar un fuerte indicio de que la formación de cualquier tipo pueden provocar cambios sustanciales en las conexiones de los axones que vinculan a regiones muy extensas del cerebro. La formación durante la vida puede cambiar el cerebro este es un tema prometedor para futuros estudios.