sábado, 11 de octubre de 2014

Merecido Premio Nobel de Medicina para John O'Keefe, May-Britt Moser y Edvard Moser


(Image from Vegard H. Brun, Mona K. Otnæss, Sturla Molden,
Hill-Aina Steffenach, Menno P. Witter, May-Britt Moser,
Edvard I. Moser, Place cells and place recognition maintained by direct entorhinal-hippocampal circuitry, p. 2246-
http://www.nbb.cornell.edu/neurobio/bionb330/FINAL/hippo2.pdf-)

Hace ya seis años que en este blog glosamos la genial investigación emprendida por John O´Keefe sobre la existencia de células específicas de orientación espacial en el hipocampo y en otras zonas cerebrales. John O´Keefe, junto a los investigadores noruegos May-Britt Moser y Edvard Moser, ha sido premiado con el Nobel de Medicina de 2014. ¿Cómo han complementado estos dos autores las excepcionales indagaciones del neurocientífico americano irlandés? El matrimonio Moser ha descubierto la presencia de células rejilla ("grid cells") en la corteza entorrinal de ratas. Estas células son parte de un sistema de coordinación espacial independiente del entorno. En concreto, en la segunda capa de la corteza existen células rejilla que se activan cuando la posición del animal coincide con los vértices de una rejilla triangular periódica que cubre la completa superficie del entorno. El hecho de que la estructura regular de la rejilla y las relaciones del entorno permanezcan invariantes, implica la existencia de un espacio métrico de integración espacial universal en el cerebro. Los premiados comparan la estructura geométrica de las rejillas en diferentes capas buscando correlaciones en la rotación espacial de neuronas. Más allá de la capa segunda, las células rejilla fueron colocalizadas con células orientadas por los movimientos de la cabeza del animal. Las células rejilla y las células que se orientan por los movimientos de la cabeza se solapan lo que implica que, a diferencia de las conexiones del hipocampo, todas las capas operan juntas como una unidad integrada. Por lo tanto, el mapa espacial en la corteza entorrinal comprende células rejilla y células que responden a los movimientos de la cabeza, formando una población continua. Conforme el animal se mueve, el vector de posición (como si fuera un GPS) de la red de células rejilla, va actualizando la integración de la posición, dirección y velocidad del mapa espacial. Las llamadas células conjuntivas parecen desempeñar un papel clave en este proceso. Estas células se localizan en las capas tercera y quinta de dicha corteza. A los pioneros hallazgos en los años 70 de O´Keefe sobre células de localización espacial en el hipocampo se unen estos otros descubrimientos que, sin duda, han contribuido a nuestra comprensión del mecanismo neurológico de nuestro sistema de orientación y a la justa concesión de un Premio Nobel.

viernes, 19 de septiembre de 2014

Chips neurosinápticos: Dharmendra Modha y el IBM Cognitive Computing team


A comienzos del mes de agosto saltó la noticia de que el equipo de IBM, liderado por el ingeniero hindú Dharmendra Modha, había introducido un chip electrónico-llamado SyNAPSE-, capaz de simular la interacción entre un millón de neuronas con sus correspondientes 256 millones de sinapsis. Un chip que contiene la impresionante cifra de 5,4 billones de transistores, apenas consumiendo 70mW. Esta proeza nos parece que hace palidecer incluso los mejores logros salidos en las últimas décadas de la empresa situada en Armonk, como el famoso supercomputador IBM Watson. Se ha pasado en tres años de programar en un chip poco más de 262.000 sinapsis a los más de 250 millones actuales. Y todo ello con un gasto de energía realmente mínimo si lo comparamos con lo que estamos acostumbrados a ver en supercomputadores. Precisamente, uno de los grandes retos de la última década está siendo el imitar el escaso consumo energético del cerebro. ¿Cómo es posible que un órgano tan intrincado y con tantas funciones consuma apenas 100 vatios? Me refiero, obviamente, a su consumo general comparado con el de los dispositivos mecánicos humanos y no a su gasto relativo al total de energía consumida por el cuerpo humano. Pues bien, para dentro de unos años se espera simular un trillón de sinapsis con un gasto energético de apenas 4kW. ¿Y dónde parece estar el secreto de estos reducidos consumos? Los investigadores de IBM, liderados por Modha, hablan de su intención de crear sistemas inteligentes holísticos en los que se combinen funciones lógicas (propias del hemisferio izquierdo) con funciones perceptivas de reconocimiento de patrones (típicas del hemisferio derecho). En definitiva, sistemas que se acerquen cada vez más al funcionamiento real del cerebro humano. Todo esto está muy bien pero, a día de hoy, no deja de ser algo puramente propagandístico. En realidad, de lo que se trata es de superar la vieja arquitectura de von Neumann. Dicha arquitectura genera chips que trabajan constantemente y que se sobrecalientan limitando el rendimiento del sistema. En cambio, en una arquitectura dirigida por eventos hay partes del sistema que pueden permitirse realizar paradas y así reducir el consumo de energía. Una red dirigida hacia eventos conecta los distintos núcleos del sistema y supera el típico "cuello de botella" característico de la arquitectura de von Neumann. Cuando hablamos de orientación hacia eventos nos referimos a la localización y seguimiento de acontecimientos relevantes para el sistema. Por ejemplo, para una función de visión del sistema, quizá nos interese entrenarlo en la localización de autobuses, automóviles y bicicletas que aparezcan en una escena captada por una cámara de vídeo o por los propios sensores de dicho sistema. Se han mencionado en muchas ocasiones los límites impuestos a la nanotecnología por los propios materiales existentes o por el excesivo consumo de energía pero si en los próximos años se sigue en esta progresión sostenida de miniaturización y de aprovechamiento energético, todavía vamos a ser testigos de muchas sorpresas.

miércoles, 6 de agosto de 2014

Leslie Valiant y la Neurociencia Computacional

Leslie Valiant (1949-) es uno de los más grandes especialistas mundiales en aprendizaje automático y en complejidad computacional. Recipiendario del premio Turing en 2010, no solo está interesado en el estudio del problema de la inclusión estricta entre las clases de complejidad P y NP, sino que también desarrolla interesantes modelos computacionales del cerebro. Sin duda, un testigo muy reciente es su libro divulgativo (http://people.seas.harvard.edu/~valiant/PAC-%20Summary.pdf), que fue publicado por Basic Books en 2012, y en el que explica su concepto de "ecoalgoritmo". En consonancia con los intereses del autor de este blog, me voy a centrar en introducir en este artículo sus ideas sobre la función del hipocampo como distribuidor de neuronas en la corteza cerebral. Como es bien sabido, el hipocampo ejerce un papel fundamental en los procesos memorísticos, pero no fue hasta los artículos de Wickelgren (1979) y de Teyler y DiScenna (1986) que se empezó a atisbar su capacidad de conjuntar items y de actuar como un índice para recuperar la información. Siguiendo el modelo "neuroidal" de Valiant, si se accede a un item durante el procesamiento neuronal, al menos alguna fracción del conjunto de neuronas que acceden al item, debe activarse. En caso contrario, debe activarse una fracción menor de dicho conjunto. Entonces, la función principal del hipocampo será la de identificar el conjunto de neuronas de la corteza para nuevos items que sean conjunciones de items almacenados previamente. Pero, eso sí, el hipocampo habrá de mantener la estabilidad del número de neuronas distribuidas. Si cada item es distribuido de acuerdo con la sintaxis o el sonido de una palabra que lo describa, distribuir tales palabras requeriría un procesamiento menos profundo. En definitiva, los nombres equivaldrían a códigos computados internamente en el hipocampo. Dada una red bipartita con m inputs y n=m outputs, se cree que las neuronas del hipocampo poseen un bajo nivel de actividad, por lo que han de converger a una densidad baja y en pocas capas. Considerando que el flujo de información dentro del hipocampo es muy unidireccional y formando un bucle desde la corteza entorrinal, Valiant realiza una simulación en la que interviene un millón de neuronas conectadas al azar y con unos patrones de activación no correlacionados. De esta manera, logra un modelo computacional del hipocampo que cumple muchas de sus características fisiológicas y funcionales conocidas a día de hoy.

martes, 8 de julio de 2014

Computational Neuroscience and Cognitive Modelling: sobre el libro de Britt Anderson


Editado por SAGE Publications, Britt Anderson (Universidad de Waterloo) ha publicado en 2014 una valiosa introducción a la Neurociencia Computacional y sus técnicas de modelización. El libro consta de 23 capítulos compendiados en poco más de 200 páginas. Los temas abarcan desde modelos neuronales de potenciales de acción hasta sistemas multiagente, pasando por redes artificiales. Empezar con el modelo Hodgkin-Huxley de activación neuronal es quizá muy socorrido y poco didáctico pero confronta al estudiante con el uso de ecuaciones diferenciales. Pero, ¿qué tienen que ver las ecuaciones diferenciales con la programación informática? Bien, el modelo Hodgkin-Huxley consta de cuatro ecuaciones diferenciales no lineales y sirvió de inspiración parcial para el trabajo pionero de McCulloch-Pitts en su diseño de una neurona artificial. Si estás interesado en trabajar en redes neuronales quizá-como sugiere el propio autor-quieras aprender algo sobre MATLAB. Si entiendes algo de su código, estás en condiciones de empezar a programar. Programar no es simplemente usar un código de un lenguaje de programación conocido, pongamos C+ o Python, sino que es compilar e interpretar cualquier fenómeno, indicando claramente los pasos realizados mediante una sintaxis no ambigua; es decir, todos podemos ser programadores utilizando pseudocódigo y sin necesidad de aprender algún tipo de lenguaje especial. Esta es una muy buena manera de animar a entrar al mundo de la simulación computacional a aquellos estudiantes inicialmente intimidados por los lenguajes de programación al uso. Pero el libro de Anderson va mucho más allá e incluso sondea posibilidades muy actuales de aplicar herramientas de simulación, como pueden ser las propiciadas por la arquitectura cognitiva ACT-R o las ofrecidas por la programación multiagente, típica de NetLogo. Los ejemplos de fenómenos psicofísicos modelizados son numerosos e interesantes y van desde un ejercicio de programación del modelo de Hodgkin-Huxley (capítulo sexto) hasta una modelización computacional del movimiento ocular, mediante el NetLogo de Resnick. En definitiva, para sus modestas pretensiones y para estar dirigido a alumnos universitarios, recomendamos este pequeño libro como una herramienta muy interesante para acceder al uso de las simulaciones computacionales en Neurociencia.

jueves, 8 de mayo de 2014

Visita al Hospital Nacional de Parapléjicos en Toledo (Semana Mundial del Cerebro 2014)

Andrea González Guadalix observa a través 
del microscopio
(Fotografía tomada por la profesora Irene García Vera).

El día 13 de marzo de 2014, un grupo de alumnos de Psicología del IES "Francisco Giner de los Ríos" (Alcobendas) acudió al Hospital Nacional de Parapléjicos de Toledo. Organizada la actividad por la Doctora Ksenija Jovanovic, formó parte del programa de la Semana Mundial del Cerebro que dicha Institución viene celebrando en los últimos años. El Hospital Nacional de Parapléjicos (http://www.infomedula.org/index.php?), cuyo director gerente es Francisco Marí, es un referente mundial en el tratamiento e investigación de las lesiones de médula y precisamente en estas fechas cumple los 40 años de existencia. La Fundación DANA (http://www.dana.org/) patrocina esta actividad. Un excelente grupo de profesionales de la Medicina, comandados por la Doctora Jovanovic, tuvo a bien exponer a los alumnos los secretos de su labor investigadora, desde el nivel celular y regenerativo más básico hasta el nivel de las estrategias de recuperación en fisioterapia. En la página 14 del número de abril de la revista oficial del Hospital, "Infomédula", el lector encontrará más información acerca del evento. Para ello bastará con acceder al siguiente enlace: (http://issuu.com/infomedula/docs/infom__dula_29# ).

Participaron los siguientes alumnos: Gemma Bernardo, Isabel Cerro, Ilaria Comanda, Raquel Domínguez, Silvia García, Víctor Gómez, Andrea González, Marina Guillén, Nelson Licot, Katherin Lozano, Noelia Martínez, Eva Morales, Rosario Natividad, Sandra Peces, Joshelyn Quishpe, Beltrán Robledo, Jair Rondón, Adrián San José, Diego Sobrino y Elvira Vegas. Les acompañaron los profesores Irene García Vera y Carlos Pelta.

Agradecemos al equipo médico del Hospital Nacional de Parapléjicos de Toledo su generoso recibimiento y su excelente disposición divulgativa. Agradecemos también a los siguientes profesores del IES "Francisco Giner de los Ríos" (Alcobendas) su apoyo para poder haber participado en esta actividad: Esther Carretero (Departamento de Actividades Extraescolares), María José Cantalapiedra (Jefatura de Estudios), Javier Alija (Jefatura de Estudios) y Ángeles Mercado (Dirección).

domingo, 2 de marzo de 2014

Trazado neuronal mediante virus en la médula espinal: Jovanovic, Pastor y O´Donovan


Desde que G. Ugolini y otros autores de la década de los 90 usaron virus del hérpex y de la rabia como marcadores neuronales, mucho se ha avanzado en esta técnica. No obstante, nunca se había aplicado a la exploración de los circuitos de la médula espinal, algo clave para poder entender la cuestión de la regeneración neuronal en médulas afectadas por traumatismos. En este artículo del blog vamos a intentar explicar la labor pionera en este terreno de los doctores Ksenija Jovanovic, Ángel Pastor y Michael O´Donovan, en un importante artículo publicado hace 4 años: (Jovanovic K, Pastor AM, O’Donovan MJ (2010) The Use of PRV-Bartha to Define Premotor Inputs to Lumbar Motoneurons in the Neonatal Spinal Cord of the Mouse. PLoS ONE 5(7): e11743. doi:10.1371/journal.pone.0011743).

¿Cómo es posible inducir el crecimiento axonal y la reconexión entre neuronas después de una lesión medular? Los trasplantes de glía envolvente parecieron una línea de investigación promisoria para reparar contusiones medulares en ratas. Pero hoy en día se presiente que la ingeniería de biomateriales puede desempeñar un papel clave. En concreto, la conductividad eléctrica de materiales, como el polipirrol y el rutilo, podría evaluar el efecto de la aplicación de campos eléctricos sobre el crecimiento neuronal. No obstante, para poder aplicar estas técnicas con éxito, es imprescindible poder realizar una cartografía de los circuitos neuronales implicados que sea lo más detallada y exhaustiva posible. Los autores analizaron los circuitos que controlan las motoneuronas de las patas traseras en ratones, usando recombinantes fluorescentes del virus Bartha. A través de la propagación entre sinapsis fue posible definir la temporalización de la expansión del virus en la médula espinal de ratones recién nacidos. El número de motoneuronas etiquetadas mediante el virus se mantuvo constante a las 32 horas de haberse iniciado el experimento, no cambiando significativamente con posterioridad. A las 72 horas las motoneuronas mantenían su integridad estructural. El uso de marcadores virales puede ser muy provechoso no solo para vislumbrar la organización de redes neuronales lumbares intactas sino también para evaluar los cambios sufridos por las redes después de un accidente en la médula espinal.

sábado, 1 de febrero de 2014

José María Delgado García


Un gran neurocientífico español, el profesor José María Delgado García, acaba de recibir el premio "Antonio Gallego" de la Sociedad Española de Ciencias Fisiológicas. Merecido premio para este catedrático de Fisiología de la Universidad Pablo de Olavide (Sevilla), puesto que es una de las mayores eminencias de la Neurociencia mundial. Desde hace ya dos décadas sus trabajos sobre aprendizaje y memoria son ejemplo vivo del uso de una metodología simple pero impecable. Tuve la suerte de acudir a una charla suya en la Universidad de Alicante hace casi una década y sentir-como todo el auditorio-la presencia de un auténtico sabio de la disciplina. Muy recientemente, su equipo y el del profesor Hasan han demostrado la imposibilidad de adquirir un aprendizaje asociativo simple en ratones (cierre palpebral al oír un débil sonido antes de soplar aire en la cara) cuando se bloquea la producción de receptores de NMDA en la corteza motora. Pero aún más, dicho bloqueó impidió que los ratones realizaran aprendizajes más complejos como, por ejemplo, la capacidad para apretar una palanca para conseguir comida. Estos resultados tienen como precedente el sensacional resultado que junto a Agnés Gruart y María Dolores Muñoz, le valió la nominación por la revista Science como uno de los diez grandes hallazgos del año 2007. Insertaron electrodos en áreas del hipocampo a ratones, registrando así la actividad de varias miles de conexiones sinápticas. A medida que los ratones aprendían la tarea asociativa simple anteriormente reseñada, registraron los cambios de intensidad entre las sinapsis de las áreas del hipocampo según iban aprendiendo la tarea. Cuando pasaba un tiempo sin que fuera practicada, las sinapsis perdían actividad. Además no había manera de potenciar la activación sináptica de manera forzada o artificial, ya que los receptores se saturaban, desempeñando el NMDA una función clave al respecto.
Sirva esta breve evocación para resaltar el orgullo que debemos sentir por contar en nuestro país-a pesar de las políticas cicateras respecto al desarrollo de la investigación-a investigadores de esta categoría que hacen que nuestra Neurociencia sea valorada a nivel mundial.

jueves, 26 de diciembre de 2013

Detección y control óptico de ataques epilépticos


La epilepsia del lóbulo temporal es la más común entre los adultos. En un artículo aparecido este año en la revista Nature (http://www.nature.com/ncomms/journal/v4/n1/pdf/ncomms2376.pdf), un grupo de científicos del laboratorio de Ivan Soltesz (Universidad de California, Irvine), demuestra cómo inhibir las células excitatorias del lóbulo temporal en un ataque epiléptico promovido en un modelo animal con ratones. Un aspecto muy interesante no solo es la detección de este tipo de ataques en tiempo real sino el hecho de que, por vez primera, parece ponerse de manifiesto que la intervención realizada en una zona espacialmente restringida, da resultados.Usando optogenética, es decir, la combinación de métodos ópticos y de genética para inhibir la sobreexcitación de células del lóbulo temporal, el equipo de Soltesz consiguió controlar los ataques epilépticos en ratones. Las opsinas son proteínas que pueden activarse en respuesta a la luz. Cuando se activan, se abre un poro en la membrana en la que están inmersas y permiten el paso de iones específicos. Al abrirse el canal iónico, es posible la inhibición (potasio) o la excitación (calcio o sodio) de las neuronas. Obviamente, la activación se consigue implantando un cable de fibra óptica en la región del cerebro del organismo que deseemos modular. Conectando esa fibra óptica a una fuente de luz (láser), obtenemos auténticos interruptores neuronales. En concreto, los autores de la investigación emplean una rodopsina ChR2 para excitar las neuronas gabaérgicas y una cloro rodopsina (HR) para inhibir las neuronas afectadas por la crisis espontánea. Aunque menos del cinco por ciento de la población neuronal iluminada recibió el influjo de la intervención del láser, se logró un control muy significativo de dichos ataques. La combinación del control optogenético de poblaciones de células del lóbulo temporal y la detección en tiempo real de las crisis, puede abrir las puertas para futuras terapias muy potentes en el tratamiento de las epilepsias. No es casualidad que en 2012 la revista Nature proclamase este tipo de métodos como los de mayor impacto a medio plazo en el futuro de la Neurociencia.

sábado, 23 de noviembre de 2013

Neurociencia cognitiva computacional


En esta entrada del blog vamos a analizar el que quizá sea el mejor libro de texto disponible en el mercado sobre Neurociencia Cognitiva Computacional. Sus autores son Frank, Munakata, Hazy y O´Reilly, es decir, unos grandes de la Neurociencia Computacional. En concreto, Munakata, O´Reilly y Frank son grandes expertos en proponer diseños de redes neuronales articificiales para modelar los diferentes tipos de memoria y la acción de los neurotransmisores sobre el sistema nervioso central.
El libro consta de nueve capítulos y comienza con una revisión de la estructura computacional de las neuronas, basándose en la función de detección. Su conectividad se plantea a través de representaciones distribuidas consistentes en muchas neuronas individuales concebidas como detectores, cada una de las cuales detecta algo diferente. El patrón agregado de la actividad de salida a través de la población de detectores captura el carácter amorfo y polimorfo de cualquier categoría mental. Con este término, los autores se refieren a la diversidad de factores que configuran una categoría mental, un poco al estilo de las partes de un objeto como podría ser una silla. Una dinámica compleja de atractores realizaría el trabajo restante. 
La cuestión de la plasticidad sináptica encuentra su hueco en el capítulo cuarto. Los autores aplican lo que ellos llaman la regla de aprendizaje de contraste extendido. Basándose en parámetros y constantes de difusión (modelo de Urakubo y otros, 2008) y en entornos de valores no fijados, crean una estrategia de aprendizaje auto-regulativo que aprende del error. 
Las distintas funciones cognitivas superiores son estudiadas en el capítulo quinto: percepción, atención, control motor, memoria, aprendizaje y funciones ejecutivas. No faltan referencias en el capítulo séptimo a los propios trabajos de los autores al análisis de los efectos de la dopamina en el aprendizaje por refuerzo como tampoco al modelo de O´Reilly de activación dinámica de los ganglios basales o al ya clásico modelo de memoria operativa basada en los ganglios basales y en la corteza prefrontal (el modelo PBWM).

Las explicaciones del libro exigen un mínimo de dominio del instrumental matemático pero tampoco podemos decir que sea excesivo. Todo es sugestivo en este libro, desde las ilustraciones hasta los modelos, muchos de ellos muy complejos pero muy bien divulgados. Sinceramente, el autor de este blog piensa que, a día de hoy, no existe mejor manual introductorio a la Neurociencia Computacional, tanto por la ambición del mismo y su calidad divulgativa-que lo hace bastante asequible de leer-como por la gran solvencia intelectual de sus autores.

sábado, 19 de octubre de 2013

Cerebro y Ordenador, de Antonio Orbe

(Antonio Orbe)

Querido lector de este blog, si buscas un libro para introducirte en la Neurociencia, con precisión, honestidad y sin pedanterías, este es tu libro. Te animo a que lo leas. Lo encontrarás en TAGUS, en edición electrónica (http://www.tagusbooks.com/ebook-cerebro-y-ordenador-ebook/9788415623397/2198392), y merece la pena. Cómpralo. Es un libro asumidamente sencillo y divulgativo pero, a poco que lo vayas leyendo entre líneas, te darás cuenta de que conjuga el bagaje de un informático con la sabiduría de un verdadero neurocientífico.
De Antonio Orbe me interesa especialmente su inteligente crítica a aquellos excesos que, en pocas décadas, parecen querer ver ya un cerebro de silicio o virtual que simule el cerebro biológico con gran detalle. Vayamos al parágrafo titulado "¿Cuándo se simulará el cerebro?" y siguientes.  ¿Podrá simularse el cerebro antes de 2050? D. S. Modha-de IBM- considera que en 2019 dispondremos de una máquina con una potencia equivalente a la del córtex del cerebro humano, es decir, de una capacidad de cálculo de un exaflop. Pero, obviamente, si todavía no sabemos cómo funciona el cerebro, ¿qué haríamos con ese supuesto superordenador, tal y como se pregunta Orbe? El caso es que no solo se va a necesitar potencia de cálculo sino también el desarrollo de nuevas teorías en todos los campos que incidan en el conocimiento del cerebro, desde la Genética hasta la propia Filosofía. Algo que, como es natural, es bastante inconcebible que pueda darse en tan solo 10 lustros, por ejemplo. Magnos proyectos, como el recientemente aprobado "Human Brain"-proyecto estrella de la Unión Europea"-son, por supuesto, muy dignos de interés, pero el caso es que todavía las simulaciones neuronales de las que disponemos, son de una extremada simplicidad. No hablemos, pues, de la descomunal complejidad del conectoma. El propio Orbe menciona cómo aún no disponemos de una simulación completa de las 6.418 sinapsis del diminuto C. Elegans. Sin duda, el reto es fascinante y no cabe duda que la conjunción de los esfuerzos de miles de neurocientíficos absolutamente punteros nos va a reportar muchos beneficios en los próximos años, a todos los niveles: desde el desarrollo de potentes algoritmos informáticos hasta el refinamiento increíble de técnicas de visualización y de laboratorio. Pero aún debemos tener paciencia puesto que es tarea para muchas generaciones.
Como ha sido tarea de Orbe el divulgar de una manera rigurosa pero amigable los secretos del porvenir de la Neurociencia. Enhorabuena, Antonio: has logrado el objetivo. Larga vida a tu libro.

Terremotos y actividad cerebral


¿Por qué hasta hace muy poco ha sido ignorada la actividad arrítmica del cerebro? Se consideraba que era una actividad evidente por sí misma pero carente de interés. En cierto sentido, puro ruido. Pero en los últimos años y a raíz sobre todo del artículo de He y colaboradores, arriba citado, se ha encontrado en esta actividad una estructura temporal compleja en forma de dos bandas de frecuencia distintas, siendo la amplitud de una banda dependiente de la fase de la otra (Kayser, Ermentrout, 2010). En concreto, la amplitud del componente más rápido depende de la fase del más lento. Este tipo de acoplamiento se encuentra también durante la ejecución de tareas. El hecho de que los autores encontrasen que se daba este fenómeno, incluso sin oscilaciones prominentes, da a entender que el mismo es relevante hasta para procesos no cerebrales, tales como terremotos, avalanchas o índices bursátiles. Y así lo comprobaron a través del manejo de amplias bases de datos y de simulaciones. Si tal tipo de acoplamiento será dependiente de regularidades estadísticas de un orden superior, es algo que queda por elucidar. El análisis mediante potenciales de campo implica muchos procesos a diferente escala temporal (desde potenciales postsinápticos hasta trenes de ondas, por ejemplo) pero, en cualquier caso, el estudio de los aspectos arrítmicos de la actividad neuronal masiva puede revelarnos muchas claves sobre las patologías cerebrales.

sábado, 21 de septiembre de 2013

Mini cerebros


En el mes de agosto apareció en la prestigiosa revista, "Nature", un artículo en el que Madeline A. Lancaster y su equipo demostraban la creación de un mini cerebro a partir de células madre de la piel. La noticia es, en sí misma, impactante, pero en esta breve referencia nos gustaría intentar situarla en sus verdaderos límites. Ya antes se habían conseguido tejidos asemejando a los de la corteza cerebral y asemejando a una retina humana (Eiraku et al.) pero, sin duda, aquí la clave para conseguir esta estructura parece no haber estado tanto en el gel utilizado para aposentar la misma, como en el sistema para aportar nutrientes y oxígeno, tal y como se puede apreciar en la foto de arriba de Renner. La estructura creció unos 4 milímetros durante 10 meses y, como señala Knoblich, este pequeño tamaño alcanzado pudo deberse a la ausencia de capilares sanguíneos en su interior. Esto nos lleva a plantearnos si en un futuro cercano existirá la posibilidad de mezclar células madre de tejidos diferentes que den lugar a una mayor diferenciación. Se ha comprobado cómo un tejido de la piel ha sido capaz de generar esta microestructura pero necesitamos vasos sanguíneos que la rieguen, que permitan su viabilidad y que, en definitiva, la diferencien. ¿Cómo lograr esto?
Mucho más interesante parece la segunda parte del experimento: el uso de células madre procedentes de la piel de un sujeto con microcefalia. El "cerebro" en cultivo de esta persona creció menos que el "cerebro" generado a partir del tejido de la piel de la persona sin ese problema. Y aquí sí que hay un verdadero filón porque la cuestión no es tanto el modelar tejidos que se autoorganizan a partir de células madre, como el usar tejidos de sujetos con desórdenes neurológicos y seguir el ensamblaje de los mismos, como contrapuestos a la configuración adquirida por los tejidos cultivados de individuos sanos. Así puede seguirse el desarrollo temprano y diferenciado de las células madre neuronales. De hecho, en el experimento relatado se suprimieron las células progenitoras del crecimiento cerebral en el tejido procedente del sujeto con microcefalia.
Más allá de si a medio o largo plazo podemos "fabricar" estructuras anatómicas complejas y diferenciadas como el cerebro u órganos completos como el hígado o el riñón para realizar transplantes, el reto parece estar en la continua necesidad de alimentación de estas estructuras y en lo que también señala el propio Knoblich: en que las señales de crecimiento de los órganos parecen enviarse desde otras partes del cuerpo y, obviamente, no solo desde el interior de los tejidos que se van autoorganizando. En cualquier caso y a pesar de que, como subraya Kriegstein, estamos en los primeros estadios de la investigación, el reto parece fascinante si el proceso de diferenciación y de mantenimiento de las estructuras generadas, se puede controlar de una manera más precisa.

miércoles, 21 de agosto de 2013

El proyecto "Cerebro Humano"


El proyecto "Cerebro Humano" es uno de los dos grandes proyectos "FET Flagships" que han resultado triunfantes en 2013 y que, durante una década, van a marcar el ritmo de investigación en Europa (humanbrainproject). Seis plataformas dedicadas a la Neuroinformática y a la simulación cerebral lo integran. Su gran mentor es Henry Markram, dando así continuidad al precedente proyecto "Blue Brain" que, en España, ha recibido la denominación de "Cajal Blue Brain". Precisamente, de estos dos previos esfuerzos se alimentará la plataforma de Simulación cerebral. Dicha plataforma permitirá reconstruir y simular biológicamente modelos del cerebro que muestren estructuras y conductas emergentes. Desde modelos computacionales abstractos hasta modelos moleculares y celulares, permitirán identificar las arquitecturas neuronales responsables de las diferentes funciones cerebrales y también la localización de enfermedades psiquiátricas. Finalmente, surgirán modelos de múltiple escala y de nivel múltiple tanto del cerebro del ratón como del ser humano. Será precisamente la Universidad Politécnica de Madrid una de las instituciones colíderes del subproyecto de modelización del cerebro del ratón. Un encuentro tendrá lugar en la Escuela Politécnica Federal de Lausana entre los días 6 y 11 de octubre de 2013, para coordinar los esfuerzos de los investigadores y administradores principales del proyecto (http://www.humanbrainproject.eu/hbp-summit-2013-overview).

lunes, 15 de julio de 2013

Rafael Yuste y el proyecto BAM


Apenas hace unos meses que este neurobiólogo madrileño presentó en la Casa Blanca su proyecto para estudiar la actividad cerebral o proyecto BRAIN. El adolescente, que leyó las reglas y consejos de Cajal sobre la investigación científica, es hoy uno de los grandes puntales de la Neurociencia mundial.
Hace más de dos décadas que descubrió cómo la concentración de calcio en el soma de las neuronas refleja adecuadamente el patrón de activación de las células cerebrales y cómo pueden reconstruirse y visualizarse los patrones de poblaciones relativamente grandes de neuronas. Los nuevos métodos de visualización, como la microscopía bifotónica, combinados con el desarrollo de algoritmos cada vez más optimizadores, son, sin duda, pasos muy prometedores para el desarrollo del proyecto BAM ("Brain Activity Mapping"). Este proyecto pretende, a medio plazo, la obtención de un conectoma funcional de todos los circuitos cerebrales, es decir, un mapa global de los patrones y secuencias de activación de todas las neuronas. Algo del estilo del proyecto GENOMA pero, lógicamente, con el añadido de la complejidad que supone la tridimensionalidad de las estructuras cerebrales y los miles de millones de neuronas existentes en un cerebro humano. Hasta ahora, todo lo más que se ha conseguido es el conectoma completo del C. elegans , con sus 302 neuronas y 7.000 conexiones y se ha completado el 20% del conectoma de la Drosophila. Según Yuste y colaboradores, los pasos siguientes podrían ser el conectoma de las células ganglionales de la retina del ratón (unas 50.000 neuronas). Y en una década, podría estar completado todo el conectoma funcional del cerebro de la mosca del vinagre e, incluso, del pez cebra (en torno al millón de neruronas). Pero, a día de hoy o a medio plazo, ¿está capacitada la Ciencia de la Computación como para poder procesar eficientemente toda esta enorme cantidad de datos? Piénsese que apenas 7.000.000 de células corticales de ratón requerirían un procesamiento con una capacidad de almacenamiento de unos 50.000.000.000.000.000 de bits. Yuste es muy dado a expresar la siguiente metáfora de por qué seguimos teniendo un nivel de comprensión de la actividad cerebral que, ni siquiera, se acerca a los conocimientos de un párvulo: es como querer saber de qué va un programa de televisión viendo 2 pixels del mismo en la pantalla...Pero esto no parece un reto invencible puesto que Tianhe-2, el superordenador chino, supera ya una velocidad de cálculo de los 50 petaflops. Otro reto está en el carácter dimensional del cerebro frente a la linealidad de las secuencias genómicas. No obstante, a corto plazo, este inconveniente puede verse superado si el análisis se limita a considerar estructuras cerebrales superficiales (de hasta 2 milímetros de profundidad).
En resumidas cuentas, el proyecto BAM no parece una quimera y los beneficios, al igual de lo que sucede con el proyecto Blue Brain, pueden ser interesantes a medio y largo plazo. Más allá de si se comparte o no el enfoque general de que el modelado preciso de una estructura compleja, como la cerebral, puede llevarnos a un entendimiento holístico de su actividad, tanto para las áreas de la supercomputación, como de la anatomía fisiológica, habrá buenos rendimientos y la inversión habrá merecido la pena. De hecho, como se encargan de recordar Yuste y colaboradores, un proyecto de alcance mucho más limitado-como el GENOMA-ha devuelto ya más de 140 dólares por cada dólar inicialmente invertido. Un buen recordatorio para todos aquellos que tengan una perspectiva demasiado cortoplacista de la Gran Ciencia. Otra cosa mucho más discutible es que se postule, a partir de aquí, la curación, a medio plazo, de enfermedades neurológicas como el Alzheimer o la esquizofrenia, por ejemplo. En cualquier caso, debemos estar orgullosos de que la Neurociencia mundial cuente, ahora mismo, entre sus más ilustres representantes, a coterráneos como Rafael Yuste o Javier DeFelipe. Sin duda, la semilla del gran Ramón y Cajal sigue germinando entre los nuestros.


sábado, 22 de junio de 2013

La teoría del etiquetado falso y el córtex prefrontal


En este artículo exponemos el nuevo modelo conocido como la teoría del etiquetado falso para el análisis de la función ejecutiva del córtex prefrontal. Este modelo ha sido desarrollado por los profesores Asp, Manzel, Koestner, Denburg y Tranel (véase, por ejemplo, su artículo publicado en "FiN", http://www.frontiersin.org/Neuroscience/10.3389/fnins.2013.00086/abstract).
La teoría del falso etiquetado (en inglés, False Tagging Theory o FTT) es un nuevo modelo de la creencia y del proceso de duda que postula una única función para el córtex prefrontal. Partiendo de que para entender algo hay que creerlo y, siguiendo a Damasio, la FFT afirma que la duda es un proceso que gobierna el córtex prefrontal a través de "falsas etiquetas" afectivas que se adjuntan a las representaciones perceptivas que acaecen en el lóbulo parietal y en el temporal. Cuando el contexto interfiere en la toma de decisiones o surgen numerosos distractores perceptivos, más falso etiquetado es requerido y se reduce la eficacia de los procesos de toma de decisiones. El cerebro está constantemente activando y asociando representaciones perceptuales, pero estas activaciones asociativas son creídas, en el sentido de que generan cogniciones, emociones y conductas consistentes con la activación. A su vez, estas activaciones son almacenadas en el córtex y, en connivencia con el lóbulo temporal y el parietal, van etiquetando "falsamente" diversas funciones psicológicas. Y así, las activaciones prepotentes en exceso, son etiquetadas, a resultas de lo cual, resultan inhibidas. El daño en el córtex prefrontal generará una disminución de las dudas y una mayor aceptación de la nueva información a la que acceda el sujeto. Parece evidente que una actitud escéptica ante el entorno, es mucho más adaptativa para el individuo. Los niños son crédulos y conforme madura su córtex prefrontal van convirtiéndose en escépticos. La teoría FTT se basa en el principio de coherencia, el cual establece que la carencia de cogniciones incompatibles en los niños conduce a la creencia a pies juntillas de las cogniciones, despojadas de cualquier tipo de duda.
Los estudios de neuroimagen parecen confirmar que el córtex prefrontal se activa cuando aparece la duda dando veracidad a esta teoría.

jueves, 2 de mayo de 2013

Gerald Edelman y las funciones superiores del cerebro


Gerald Edelman, premio Nobel de Medicina en 1972, es hoy fundamentalmente conocido por su teoría acerca del origen de la conciencia. Pero en los orígenes de sus indagaciones sobre la responsabilidad de la selección de grupos neuronales en el establecimiento de funciones cerebrales superiores, están sus estudios sobre el sistema inmunológico que propiciaron su concesión del Premio Nobel. La selección clonal es propia de dicho sistema puesto que, como sistema evolutivo que es, es un sistema renovable; es decir, en su primer repertorio siempre son generadas nuevas variantes. En el Sistema Nervioso Central parecen ser las sinapsis los elementos renovables pero lo que sucede es que todavía sigue conociéndose poco acerca de su repertorio original, a diferencia de lo que sucede, por ejemplo, con el sistema inmunológico. Muchas de las predicciones al respecto de Edelman están siendo confirmadas en nuestros días. Y así, desde hace tiempo se sabe que los grupos celulares y no las células simples, son las unidades funcionales a considerar en el estudio de la conciencia. A su vez, la superposición funcional entre axones parece hoy evidente, produciéndose un fenómeno de redundancia que se manifiesta, electrofisiológicamente, en señalizaciones de reentrada, especialmente en grupos neuronales de las zonas talámica-cortical y límbica-reticular. Las señalizaciones de reentrada en fases implican asociaciones en paralelo entre patrones ya almacenados e inputs sensoriales o internos. La conciencia surgiría como el resultado del acceso de grupos neuronales a un rico repertorio de patrones multimodales asociativos, almacenados en la memoria a largo plazo como un resultado de experiencias pasadas.

domingo, 21 de abril de 2013

Vernon Mountcastle y la organización cerebral


Dedicamos la entrada de este mes a glosar alguna de las contribuciones de uno de los gigantes vivos de la Neurociencia, Vernon Mountcastle que, a sus casi 96 años, es un coloso del estudio del cerebro como lo pueda ser un Sherrington. Mountcastle desafió el localizacionismo postulando que el cerebro es un sistema distribuido que sirve a una función distribuida. O, dicho de otro modo y por ejemplo, no hay nada intrínsecamente sensorial en el córtex sensorial, algo que no hay que confundir con la idea de equipotencialidad de Lashley (1949).
La unidad básica operativa en el neocórtex es la organización en columnas. Esto ya fue entrevisto por von Economo y por Lorente de Nó, pero fue Mountcastle (1957) quien inició el estudio de la conectividad cortical intrínseca y extrínseca. Y es que las unidades básicas de la corteza son minicolumnas constituidas por la migración de neuronas desde el epitelio germinal del tubo neuronal a lo largo de las células gliales radiales. Una columna cortical es una unidad de procesamiento complejo distribuido. Es curioso cómo las columnas activas se aíslan funcionalmente de sus vecinas, en un mecanismo llamado "inhibición pericolumnar". Esta inhibición tiende a limitar la expansión lateral de la actividad de los conjuntos de columnas más fuertemente activados por los estímulos locales. Sin embargo, las funciones complejas ejecutadas por estas unidades no están localizadas en alguna de sus partes. Residen en la propia actividad dinámica de tales unidades. Esto explica el porqué las lesiones locales no destruyen totalmente el funcionamiento del sistema sino que más bien lo van degradando.



sábado, 23 de marzo de 2013

La Biblia de la Neurociencia Computacional


Realizamos este mes un somero análisis de la que, sin duda, sigue siendo la fuente obligada de referencia para cualquier estudioso de la Neurociencia Computacional y de las redes neuronales. Se trata del "Handbook of Brain Theory and Neural Networks", editado por Michael A. Arbib en The MIT Press y cuya segunda edición es de 2002. Organizado en más de 250 breves artículos, escriben en él los más prestigiosos especialistas en las diversas materias. Y así, John Barnden introduce a la relación entre Inteligencia artificial y redes neuronales, James Anderson nos habla acerca de redes asociativas, introduciendo alusiones a la Psicología, Paul Werbos nos expone los desarrollos básicos de la propagación hacia atrás de redes, Wang y Blum sobre redes neuronales y sistemas complejos, Widrow y Lehr sobre perceptrones, David Lowe sobre redes radiales o Kenji Doya sobre redes recurrentes. Pero también hay artículos en los que se conecta la biología de los procesos neuronales y su modelización como, por ejemplo, el de Idan Segev sobre procesamiento en las dendritas, el de Crepel y colaboradores sobre el estudio de la plasticidad sináptica en el cerebelo o el de Schüz sobre neuroanatomía y computación. Incluso no faltan referencias filosóficas, como el de Andy Clark sobre Filosofía y Conexionismo. En total, más de 1000 páginas dedicadas al cerebro y su modelización en el que, hasta ahora, es el mayor esfuerzo nunca realizado de síntesis acerca de nuestros conocimientos actuales al respecto. Sirva esta sintética referencia para que el lector de este blog, interesado en la Neurociencia Computacional, acuda a este manual como un auténtico "must be read" en el campo. Sin duda, lo agradecerá.

viernes, 22 de febrero de 2013

Cajal, gimnasia cerebral y UNOBRAIN


En 1892 Ramón y Cajal observó cómo aumentaba la complejidad de las prolongaciones de las células piramidales. Dos años después, Cajal usaba la palabra "plasticidad" para referirse a las expansiones celulares. El aumento de conexiones neuronales sería un mecanismo plástico en respuesta a los estímulos continuados. El ejercicio mental generaría un mayor desarrollo de las dendritas, estableciéndose asociaciones entre ciertos grupos de células que se consolidarían por medio de la multiplicación de las colaterales nerviosas. Pero aún más allá, podrían establecerse conexiones intercelulares nuevas. Nacía así la teoría cajaliana de la gimnasia cerebral: "gracias a un cultivo inteligente, (las células piramidales) pueden multiplicar sus ramas, hundir más lejos sus raíces y producir flores y frutos cada día más exquisitos" (Ramón y Cajal, 1894).
Hace apenas un año, un grupo de jóvenes neuropsicólogos, nutricionistas, médicos y programadores españoles ha lanzado un interesante proyecto que explota estas viejas ideas de nuestro Premio Nobel. Se trata del programa UNOBRAIN (http://www.unobrain.com/).
"Unobrain cuenta con un gimnasio cerebral (UNOBRAINING), con programas personalizados de entrenamiento, compuestos por juegos que trabajan especialmente la atención, la memoria, el lenguaje y la velocidad de procesamiento del usuario. Además, se complementa con un programa de control del estrés (UNOZEN), que ayuda a que el socio controle sus ondas cerebrales mediante el uso de un casco de electroencefalografía y pueda aprovechar los beneficios científicos de la meditación. Por otro lado, el socio dispone de un menú cerebro-saludable (UNOMENU) interactivo que aporta numerosos beneficios al funcionamiento del cerebro; y de un programa de actividad física cardiocerebral (UNOGYM) que mejora las capacidades cognitivas y que maximiza el rendimiento cerebral."
Felicitamos desde aquí a Pilar Barjola, Marisa Fernández, Sonia Encinas, Luis Redondo, Álvaro Redondo, Martin Giacchetta y a todo su equipo por esta brillante idea. Suerte y los mejores deseos.

domingo, 27 de enero de 2013

Interfaz cerebro-ordenador para la manipulación de objetos


Planteamos en esta entrada del blog cómo recientes intentos por demostrar que el uso de técnicas como la Electroencefalografía (EEG) sirven para lograr que sujetos, mediante sus propias señales cerebrales, puedan manipular y transportar objetos, están desenfocados o incluso conllevan mala fe científica. Artículos aparecidos en prestigiosas revistas, como Nature (así  el de Musallam y colaboradores (2004)) o premiados, como el de Rao y otros (2008), publicado en el Journal of Neural Engineering, nos hablan de cómo personas impedidas pueden controlar prótesis o incluso robots humanoides simplemente a través de las señales cerebrales captadas por la EEG. Lo que los autores parecen ocultar o, cuando menos, no quieren darse cuenta de ello, es la influencia de los artefactos en lo que ellos presentan como puras y simples señales transmitidas por el cerebro. Porque la cuestión no reside en la mejora o no del ancho de banda de la señal electroencefalográfica sino en si se está intentando confundir a la comunidad científica. En efecto, ¿es qué movimientos reactivos en las cejas o en la frente de los sujetos, por ejemplo, no cuentan como señales (ruido) recogidas por el ordenador? Veamos.
Usando una respuesta de EEG visualmente evocada y que es producida cuando un objeto al que atiende el usuario cambia repentinamente (por ejemplo, flashes de luz), se elabora un algoritmo que proyecte todos los canales del EEG para formar una serie unitaria que sea máximamente discriminativa. La interfaz con el ordenador implementa parámetros para el procesamiento de datos como, por ejemplo, un filtro de proyección espacial y un clasificador lineal. Y, a continuación, se trata de que las señales recogidas por el EEG se encarguen de controlar un objeto, que puede ser desde un ratón de ordenador hasta un robot humanoide, como en el mencionado artículo de Rao y otros. Prescindiendo de cuestiones como, por ejemplo, la inevitable asincronía entre la intención del usuario y la respuesta del objeto, ¿de verdad las señales tomadas por el electro no van acompañadas del ruido producido por los leves movimientos inconscientes y automáticos generados por el propio usuario? ¿No estaremos confundiendo, como sucede en muchos procesos de detección de señales, señal con ruido?

viernes, 28 de diciembre de 2012

El mito de la representación de la conectividad en redes cerebrales



En la última década venimos asistiendo al fuerte auge de lo que se está dando en llamar la "Neurociencia de redes", esto es, el estudio de la conectividad de redes cerebrales, mediante técnicas procedentes de la teoría de grafos. Testigo es el libro de Olaf Sporns, "Networks of the brain" (2010), cuya portada sirve de acompañamiento gráfico a esta entrada del blog. Siendo muy loable la empresa y más si se refiere a la búsqueda de un conectoma o mapa de conexiones "privilegiadas" en el cerebro, desde aquí quiero alertar del peligro y de la simplificación a la que puede abocar este propósito. La frenología de Gall y su consiguiente localizacionismo, ya fueron objeto de abandono hace muchos años. ¿Queremos ahora anclarnos en una especie de localizacionismo cerebral pero ahora de redes? ¿Podemos sentirnos mínimamente satisfechos con representaciones llenas de colorines de carreteras "primarias" y "secundarias" en el cerebro humano?
La teoría de grafos, una de las herramientas primordiales usadas en este proceso representacional sirve para lo que sirve, pero no debería ser tomada como la bolita de cristal de los futuros videntes del cerebro humano. Veamos. Nos interesa estudiar la evolución de propiedades en las redes cerebrales, ¿no? La teoría de grafos al azar de Erdos y Renyi es una buena herramienta. Se trata de crear conjuntos de grafos en los que se definen distribuciones relevantes de probabilidad. Muy bien, esta aplicación ha resultado especialmente exitosa en las ciencias sociales, en el estudio de la conectividad en INTERNET, en grafos de mundos pequeños, como ponen de manifiesto las contribuciones de Watts, por ejemplo. ¿Sirve igual para estudiar la conectividad cerebral? Cuidado, no confundamos el uso de una simple herramienta formal con la realidad. Unas manos en posición cóncava sirven para retener agua pero ¿usaríamos éstas como el medio de transporte adecuado para acarrear grandes cantidades de agua? Y no estoy hablando aquí simplemente de complejidad bruta, estoy hablando de más cosas, como, por ejemplo, de enrevesadísimas mezclas de dinámicas: deterministas, no deterministas, estocásticas...O que nos hemos creído, ¿que el cerebro humano puede reducirse a una especie de cabeza de maniquí estudiable a través de modelos límite, cual si fueran arquetipos?
Vayamos a las redes dinámicas o redes EVS de Trofimova. Ok, son muy interesantes. Cambiamos la probabilidad de distribución de una propiedad según vayan variando los valores de los parámetros de control. Tienen de bueno el que permiten una fluctuación residual de las propiedades, es decir, que superado un umbral, una buena cantidad de redes exhibiría la propiedad pero no todas. Esto quizá se empiece a parecer algo más a la auténtica dinámica cerebral, frente a la distribución de la probabilidad como una delta de Dirac en los grafos de Erdos. No obstante, ¿cuántos parámetros de control tenemos en el cerebro y cómo están distribuidos? No estamos aquí haciendo referencia a las típicas cuestiones de emergencia vertical o de emergencia horizontal. Estamos aludiendo al uso de instrumentos formales para todo. Verdaderamente, ¿disponemos de la Matemática suficiente, a día de hoy, para estudiar la conectividad cerebral o pensamos que el desarrollo actual de la teoría de grafos es suficiente? Sinceramente, cuando en algún estudio leo que tal sincronización o desincronización entre redes cerebrales puede subyacer a la manifestación de un síndrome neurológico determinado, no sé muy bien qué estoy leyendo. Simplemente, no entiendo qué se me quiere dar a entender.

jueves, 1 de noviembre de 2012

Hanna Damasio y el estudio de la estructura cerebral


En octubre de 2012 la profesora Hanna Damasio ha sido investida Doctora Honoris Causa por la Universitat Oberta de Catalunya (UOC). Sirva esta breve entrada del blog para felicitarnos por ello y para homenajear a la galardonada.
Si hemos de hablar de la aplicación de las más vanguardistas técnicas de neuroimagen para el estudio detallado de la estructura cerebral, no podemos dejar de hablar de la profesora Damasio, la autora de la primera cartografía detallada del cerebro en imágenes y cuyo lugar ya está reservado en la Historia a la altura de pioneros como Brodmann. Ella ha abierto el camino para la conexión entre lesiones cerebrales o actividades de toma de decisiones y las aportaciones propiciadas por la tomografía computarizada, la resonancia magnética funcional o la tomografía por emisión de positrones. Ella es también la máxima experta mundial en el desarrollo de las técnicas de parcelación. Usando marcas anatómicas visibles, como las circunvoluciones, se señalan regiones de interés que incluyen desde el hipocampo hasta el cuerpo calloso, por ejemplo. En resonancia magnética tridimensional, las marcas de las regiones de interés son transferidas a rodajas paralelas al plano del rostro de la persona para definir la región en cada imagen. El volumen del área se suma para dar un valor global. Este proceso casi artesanal está empezando a ser automatizado actualmente (un poco como en el proyecto Cajal Blue Brain se está haciendo con la localización de las sinapsis y de las espinas dendríticas) pero hasta hace poco requería el trazo a mano por la experta mano de un anatomista. Como lo es, ante todo, Hanna Damasio, en la tradición de los mejores fisiólogos de todos los tiempos.

sábado, 6 de octubre de 2012

Nace NEURODIDACTA


La Fundación MAPFRE (www.mapfre.com/fundacion) y la Fundación del Cerebro (www.feeneurologia.com) acaban de anunciar la puesta en funcionamiento del portal "Neurodidacta" , una interesante iniciativa que busca transmitir información acerca de las principales enfermedades neurológicas a pacientes, familiares y al gran público, en general. Cuenta con el apoyo de la Sociedad Española de Neurología (SEN-http://www.sen.es/) y de una serie de asociaciones de pacientes. La página se estructura en torno a una serie de cursos que mencionamos a continuación y que están redactados por prestigiosos especialistas de la Neurología. Dichos cursos podrán ser descargados a través de la página web del portal    (http://www.neurodidacta.es/es/):

Curso: Enfermedad de Parkinson y otros trastornos del movimiento.

Módulo 0: Enfermedad de Parkinson. Epidemiología, etiología y manifestaciones clínicas
Dra. María Rosario Luquín Piudo. Neuróloga. Clínica Universitaria de Navarra.
Módulo 1: Alimentación
Dra. Rocío García Ramos. Hospital Universitario Clínico San Carlos. Madrid.
Módulo 2: Tratamiento
Dra. María Rosario Luquin Piudo. Neuróloga. Clínica Universitaria de Navarra.
Módulo 3: Tratamiento no farmacológico
Dra. Rocío García Ramos. Hospital Universitario Clínico San Carlos. Madrid.
Módulo 4: Complicaciones motoras
Dr. Juan Carlos Martínez Castrillo. Hospital Universitario Ramón y Caja. Madrid.
Módulo 5: Síntomas no motores
Dr. Juan carlos Martínez Castrillo. Hospital Universitario Ramón y Caja. Madrid.
Coordinadora: Dra. Rocío García Ramos.

Curso: Epilepsia

Módulo 1: Historia natural y factores precipitantes
Dr. F. Javier López. Neurólogo. Hospital Universitario de Santiago de Compostela.
Módulo 2: Epilepsia en la mujer y el embarazo
Dr. F. Javier López. Neurólogo. Hospital Universitario de Santiago de Compostela.
Módulo 3: Diagnóstico
Dra. Rosa Ana Sáiz Díaz. Neuróloga. Hospital Universitario Doce de Octubre. Madrid.
Módulo 4: Tratamiento
Dra. Rosa Ana Sáiz Díaz. Neuróloga. Hospital Universitario Doce de Octubre. Madrid.
Módulo 5: Cómo actuar ante una crisis
Dra. Rosa Ana Sáiz Díaz. Neuróloga. Hospital Universitario Doce de Octubre. Madrid.
Módulo 6: Cuestiones relativas a aspectos educativos y laborales
Dra. Asunción de la Morena. Neuróloga. Hospital Infanta Cristina de Parla. Madrid.
Módulo 7: Cuestiones relativas a aspectos sociales
Dra. Asunción de la Morena. Neuróloga. Hospital Infanta Cristina de Parla. Madrid.
Coordinadora: Dra. Rosa Ana Sáiz Díaz.

Curso: Enfermedad de Alzheimer y otras demencias

Módulo 1: La enfermedad de Alzheimer y otras demencias
Dr. Marcos Llanero Luque. Neurólogo. Hospital La Moraleja. Madrid.
Módulo 2: La persona con enfermedad de Alzheimer
Dr. Marcos Llanero Luque. Neurólogo. Hospital La Moraleja. Madrid.
Módulo 3: El Cuidador de la persona con enfermedad de Alzheimer
Dra. Miriam Eimil Ortíz. Neuróloga. Hospital de Torrejón. Madrid.
Módulo 4: La Prevención en la enfermedad de Alzheimer
Dra. Miriam Eimil Ortíz. Neuróloga. Hospital de Torrejón. Madrid.
Módulo 5: Tratamiento de la enfermedad de Alzheimer.
Dr. Carlos López de Silanes de Miguel. Neurólogo. Hospital de Torrejón. Madrid.
Módulo 6: La investigación en la enfermedad de Alzheimer
Dr. Carlos López de Silanes de Miguel. Neurólogo. Hospital de Torrejón. Madrid.
Módulo 7: Papel de las Asociaciones de Familiares de pacientes con Alzheimer
Dra. Miriam Eimil Ortíz. Neuróloga. Hospital de Torrejón. Madrid.
Coordinador: Dr. Marcos Llanero Luque.

Curso: Esclerosis múltiple y enfermedades desmielinizantes

Módulo 0: Introducción. Las 20 preguntas más frecuentes
Dra. Mar Mendibe Bilbao y Dr. S. Boyero. Neurólogos. Hospital de Cruces. Vizcaya.
Módulo 1: Diagnóstico.
Dra. Pino López Méndez. Neuróloga. Hospital Universitario Insular de Gran Canaria.
Módulo 2: Tratamiento específico.
Dra. Virginia Araña Toledo y Dr. Santiago Día Nicolás. Neurólogos. Hospital de Gran Canaria Dr. Negrín
Módulo 3: Tratamiento sintomático.
Dra. Virginia Araña Toledo y Dr. Santiago Díaz Nicolás. Neurólogos. Hospital de Gran Canaria Dr. Negrín
Módulo 4: Calidad de vida
Dra. Montserrat González Platas. Neuróloga. Hospital Universitario de Canarias. Tenerife.
Módulo 5: Generalidades
Dra. María del Pino Reyes Yánez. Neuróloga. Hospital Universitario Insular de Gran Canaria.
Módulo 6: Situaciones Especiales
Dra. María del Pino Reyes Yánez. Neuróloga. Hospital Universitario Insular de Gran Canaria.
Coordinador: Dr. J. Rafael García Rodríguez.

Curso: Enfermedad de Parkinson y otros trastornos del movimiento

Módulo 0: Enfermedad de Parkinson. Epidemiología, etiología y manifestaciones clínicas
Dra. María Rosario Luquin Piudo. Neuróloga. Clínica Universitaria de Navarra.
Módulo 1: Alimentación
Dra. Rocío García Ramos. Hospital Universitario Clínico San Carlos. Madrid.
Módulo 2: Tratamiento
Dra. María Rosario Luquin Piudo. Neuróloga. Clínica Universitaria de Navarar.
Módulo 3: Tratamiento no farmacológico
Dra. Rocío García Ramos. Hospital Universitario Clínico San Carlos. Madrid.
Módulo 4: Complicaciones motoras
Dr. Juan Carlos Martínez Castrillo. Hospital Universitario Ramón y Cajal. Madrid.
Módulo 5: Sintomas no motores
Dr. Juan Carlos Martínez Castrillo. Hospital Universitario Ramón y Cajal. Madrid.
Coordinadora: Dra. Rocío García Ramos.

Curso: Ictus y enfermedad cerebro-vascular

Módulo 1: Anatomía y semiología
Dr. José María Ramírez Moreno. Neurólogo. Hospital Universitario Infanta Cristina.
Módulo 2. Definiciones. Causas. Epidemiología
Dr. José María Ramírez Moreno. Neurólogo. Hospital Universitario Infanta Cristina.
Módulo 3: Prevención de las enfermedades cerebrovasculares
Dr. A. García Pastor y Dr. P. Sobrino García. Neurólogos. Hospital Universitario Gregorio Marañanón. Madrid.
Módulo 5: RehabilitaciónDr. Carlos Tejero. Neurólogo. Hospital Clínico Universitario Lozano Blesa. Zaragoza.
Módulo 6: Complicaciones tras el ictusDr. Carlos Tejero. Neurólogo. Hospital Clínico Universitario Lozano Blesa. Zaragoza.
Módulo 7: ReintegraciónDr. Carlos Tejero. Neurólogo. Hospital Clínico Universitario Lozano Blesa. Zaragoza.
Módulo 8: Investigación
Dr. José María Ramírez Moreno. Neurólogo. Hospital Universitario Infanta Cristina.
Coordinador: Dr. José María Ramírez Moreno.

Curso: Enfermedades Neuromusculares

Módulo 1: Nuevas técnicas diagnósticas en enfermedades neuromusculares
Dr. Antonio José Gutiérrez Martínez. Neurólogo. Hospital Universitario Insular de Gran Canaria.
Módulo 2: Tratamiento sintomático y ayudas técnicas en las enfermedades neuromusculares
Dr. Antonio José Gutiérrez Martínez. Neurólogo. Hospital Universitario Insular de Gran Canaria.
Módulo 3: Dependencia
Dra. María de los Ángeles Ceballos Hernasanz. Neuróloga. Madrid.
Módulo 4: Fisioterapia respiratoria en las enfermedades neuromusculares
Dr. Alejandro Muñoz Fernández. Neumólogo. Hospital General de Elda. Alicante.
Módulo 5: Conceptos de accesibilidad para enfermedades neuromusculares
Dra. Lucía Galán Dávila y Dr. Óscar A. Cabeza Núnez - Milara. Neurólogos. Hospital Universitario Clínico San Carlos. Madrid.
Módulo 6: Nuevas terapias en las enfermedades neuromusculares
Dr. Antonio Guerrero Sola. Neurólogo. Hospital Universitario Clínico San Carlos. Madrid.
Coordinadora: Dra. Lucía Galán Dávila. 

Felicitamos a los promotores de esta excelente propuesta y nos congratulamos por la gran ayuda que va a suponer para la difusión del conocimiento de este tipo de patologías en toda la comunidad de habla hispana.

miércoles, 12 de septiembre de 2012

Mathematical Psychology in the University of Navarra: EMPG 2012

(Access the University of Navarra)
                                                          (Photo by Carlos Pelta)                                                
The annual Meeting of the "European Mathematical Psychology Group" (EMPG 2012) has been held at the University of Navarra (Pamplona, SPAIN), 29-31 August, 2012, and has been a great success. The key of this success has been Professor Christine Choirat, chair of the Meeting, whose excellent organization has been acknowledged by all concerned. Thanks to Professor Choirat and to the colaborators of the Faculty of Economics and thanks to the University of Navarra for receiving so favourably this Meeting. The next Meeting will be celebrated in Postdam (Germany).
Between some of the most interesting talks I will emphasize the following:
On Wednesday, Professor Jacqueline J. Meulman  (Leiden University) spoke in a plenary talk about the new approach developed in Leiden called nonlinear multidimensional data analysis. Professor Noventa (University of Padua) presented in colaboration with Professors Stefanutti and Vidotto, an analysis of item response theory and Rasch models based on the most probable distribution method. Professor Budescu (Fordham University) analyzed test-taking behavior showing that penalties for incorrect answers have detrimental effects for both Test-Takers and Test-Makers. Professor Hudry (Telecom ParisTech) showed the NP-hard nature of the computation of a linear order or of a complete preorder under remoteness conditions. Professor Doignon (Brussels) described a geometric interpretation of the relationship between the probability distribution on knowledge states and the derived distribution on response patterns. Professor Núñez-Antón in colaboration with Professors Arostegui and Quintana, talked about the comparation of the outcomes of eight techniques of logistic regression for studying data from depressive patients. Professor García-Pérez (Complutense University of Madrid) proposed a solution for the problem of residual analysis in contingency tables. Professor Carlos Pelta presented his computational system based on agents (PSICO-A) for teaching Psychology and the journey was closed by Professor Farina (Siena) with an experiment about choice reversal in anticipatory feelings.
On Thursday, Professor Rutherford (Keele University) developed a plenary talk about methodological problems concerning to the hypotheses to be tested in Psychology. Professor Colonius (University of Oldenburg) analyzed his Universal Fechnerian Scaling technique, a method for computing subjective distances among stimuli from their pairwise discrimination probabilities. In the afternoon Professors Erber, Goebel and Nan from Vienna, presented their systems for pattern recognition training by using visual feedback to the amputee.
Undoubtely the most emotive presentation of the Meeting was developed by Professor Jean-Claude Falmagne (University of California, Irvine), pioneer of the Mathematical Psychology and founder member of the European Mathematical Psychology Group. Professor Falmagne remembered the contribution and aspects of the life of the late Professor and friend Duncan Luce, one of the most important mathematical psychologists in 20th century.
Professor Alcalá-Quintana described an extension of her indecision model in psychophysics for producing second choices that are consistent with empirical data obtained under a second-choice paradigm without resorting to the increasing-variance assumption. The model uses a proper two-alternative forced-choice (2AFC) task with a three response format. Just at that moment Professor Laming (University of Cambridge) established a correlation between the 2AFC paradigm and data corresponding to psychophysics.
On the last day Professor Pigozzi (Paris Dauphine) developed an interesting plenary talk about her application of the labeled deductive systems theory to the psychological aspects of the argumentation. Professor Suck (University of Osnabrück) introduced his investigations about set valued random variables and Professor Induráin (UPN) spoke about results concerning to separability properties relative to semiorders (results obtained in colaboration with Professor Estevan and professors Candeal and Gutiérrez-García). Finally Professors Stefanutti, de Chiusole and Spoto (University of Padua) introduced their ideas on the basic local independence model, a restricted latent class model for probabilistic knowledge structures.

jueves, 2 de agosto de 2012

2012 European Mathematical Psychology Group Meeting (EMPG 2012)


Del 29 al 31 de agosto de 2012 tendrá lugar en la Facultad de Económicas de la Universidad de Navarra (Pamplona), el "12 Mathematical Psychology Group Meeting" (EMPG 2012). Esta prestigiosa reunión anual está organizada por la profesora Christine Choirat (Universidad de Navarra) y colaboran en la misma los profesores Carmen Aranda, José Luis Álvarez, Teresa Erroz, Marisa Oroz, Isabel Rodríguez, Stella Salvatierra y Raffaello Seri. El Comité Científico lo integran los profesores Denis Bouyssou, Hans Colonius, Jean-Paul Doignon, Jean-Claude Falmagne, Olivier Hudry, M. Ángel García-Pérez, Thierry Marchant y Esteban Induráin Eraso.

Los tres ponentes plenarios serán Jacqueline J. Meulman (Universidad de Leiden), Gabriella Pigozzi (Universidad de París Dauphine) y Andrew Rutherford (Universidad de Keele). El autor de este blog, Carlos Pelta, presentará el día 29, por la tarde, su desarrollo de un Sistema Tutor Inteligente para el aprendizaje de la Psicología. En el mes de septiembre publicaremos una recensión que resuma algunas de las contribuciones más interesantes de este Encuentro.

El amable lector podrá encontrar, a continuación, el enlace al programa de este importante evento de la Psicología en nuestro continente:

martes, 10 de julio de 2012

Un encuentro con las Neurociencias en Madrid


Como ya se anunció en este blog, patrocinado por la Fundación Ramón Areces y organizado por José Luis Muñiz Gutiérrez (CIEMAT), tuvo lugar en Madrid el Simposio Internacional sobre "Neurociencias Madrid 2012". La magna reunión tuvo lugar en el Salón de Actos de la Fundación en Madrid y congregó a 16 expertos que disertaron acerca de todos los aspectos de la Neurociencia actual, desde la microestructura neuronal hasta la neurorregeneración.
El autor de este blog pudo acudir a algunas de las charlas y a continuación resaltará algunos de los aspectos más interesantes de las mismas.
En su intervención titulada "Sueño, conciencia y complejidad", el profesor Enzo Tagliazucchi (Goethe Universidad en Frankfurt), tras exponer los principios de la Electroencefalografía y tras constatar el carácter unitario de la conciencia, entendida ésta como la integración de procesos dinámicos (Tononi), expuso su hipótesis de la Integración/Segregación para analizarla. La conectividad consciente se daría en grupos neuronales integrados pero a la vez segragados, es decir, colectivos neuronales unidos a otros mediante "hubs" o conexiones de pocos nodos. La modularidad se vería incrementada durante el sueño, dándose un balance entre integración y segregación y, a su vez, entre correlación intramodular e intermodular. Obviamente, quedan muchas preguntas por resolver, al respecto como, por ejemplo, el origen de las fluctuaciones espontáneas.
El doctor Celso Arango impartió una interesante charla titulada "Aplicaciones clínicas de la imagen médica en la psiquiatría/salud mental". Hemos avanzado mucho en la investigación neurológica en las últimas dos décadas pero nos siguen faltando buenos comparadores normales. Expuso los trabajos del grupo del profesor Desco, en los que niños con talento matemático activaban los dos hemisferios cerebrales a la vez.
Muy reveladora para el autor de este blog fue la conferencia del profesor Hernández Tamames (Fundación Reina Sofía). De hecho, algunas de sus referencias teóricas y bibliográficas me servirán para mi propia investigación y por ello no puedo estarle más que agradecido. Realizando un completo repaso sobre técnicas de Neuroimagen y sobre técnicas de grafos comparando fenotipos, el profesor nos presentó árboles de conexiones cerebrales y los estudios de activación del córtex etorrinal realizados por su grupo de investigación. Los cambios en la volumetría de la sustancia blanca producidos en los cerebros de sujetos sometidos a entrenamiento mental con videojuegos, me llamaron mucho la atención.
El profesor Janssen (Hospital Gregorio Marañón) nos introdujo al ámbito de la neuroimagen estructural en adolescentes con psicosis y autismo. Sus resultados sobre menor girificación en el cerebro de pacientes con psicosis inicial, nos parecieron dignos de consideración.
Fascinante fue el marco experimental propuesto por el profesor Carmena (Universidad de Berkeley) y su grupo sobre el control cerebral de diversas prótesis. Variando muy ingeniosamente tareas de control manual de una palanca por macacos, encontraron la estabilidad de un circuito de 15 neuronas durante 20 días. La estabilidad de ese circuito neuronal facilitaría la memoria protésica motora.
La última sesión a la que pude asistir fue impartida por la investigadora Nazareth Castellanos (Centro de Tecnología Biomédica). Realizó un repaso de la Magnetoencefalografía, exponiendo tanto sus puntos fuertes como sus débiles y habló sobre la máquina Elekta Neuromag de 360 canales, recién adquirida por el equipo de investigación del profesor Fernando Maestú. Los estudios de Castellanos y colaboradores se han centrado últimamente en la elaboración e interpretación de caracterizaciones topológicas de redes neuronales en pacientes con problemas neurológicos.

Finalizamos agradeciendo a la Fundación Areces, al profesor Muñiz y al CIEMAT su excelente iniciativa por acercar al público universitario y al público en general a los sugerentes recovecos de la Neurociencia. No creo que durante este año, un acontecimiento como éste y tan estupendamente organizado, haya tenido parangón en toda Europa. Sin duda, en tiempos tan difíciles como los presentes es una excelente noticia tanto compromiso con la divulgación científica.

lunes, 18 de junio de 2012

"Neurociencias Madrid 2012"

Los días 4 y 5 de julio de 2012 tendrá lugar el Simposio Internacional, "Neurociencias Madrid 2012: desde la neurona a las redes, desde los modelos de cerebro hasta la neurregeneración". Patrocinado por la Fundación Ramón Areces y coordinado por el profesor José Luis Muñiz Gutiérrez (CIEMAT), un prestigioso elenco de neurocientíficos ilustrará al público universitario y al público interesado, en general, sobre los últimos avances en el interdisciplinar campo de la Neurociencia. Agradecemos a la Fundación Ramón Areces su apuesta por el patrocinio de un acto de estas características y de esta importancia. Sin duda, demuestra una exquisita sensibilidad en la difusión de la ciencia de alto nivel en nuestro país. Agradecemos al profesor Muñiz sus desvelos y su trabajo por organizar un evento de tal magnitud. Finalmente, agradecemos a todos los ponentes su presencia. Seguro que la audiencia encontrará una muy buena excusa para la reflexión y el estímulo intelectual al acudir a estas Jornadas. Enhorabuena a todos por la iniciativa.
Los lectores de este blog encontrarán en el mes de julio una detallada reseña de aquellos aspectos de este Simposio de los que haya podido disfrutar el autor del mismo. A continuación podrán encontrar el Programa
  (http://www.fundacionareces.es/fundacionareces/portal.do?IDM=35&NM=1)

Programa

Coordinador:

José Luis Muñiz

Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT).

Presidente Grupo de Física Médica de Real Sociedad Española de Física (RSEF).

--------------------------------------------------------------------------------

Miércoles, 4 de julio

9:30 Apertura: Raimundo Pérez-Hernández y Torra

Director de la Fundación Ramón Areces.

María del Rosario Heras Celemín

Presidenta de la Real Sociedad Española de Física. (RSEF).

José Luis Muñiz

Presidente del Grupo de Física Médica de la Real Sociedad Española de Física (RSEF).

Coordinador del Simposio.

--------------------------------------------------------------------------------

10:00 La neurona de Jennifer AnistonRodrigo Quian Quiroga

Department of Engineering. University of Leicester. Reino Unido

--------------------------------------------------------------------------------

10:40 Estudio de la conectividad funcional en registros de alta densidad: cuando más es menosErnesto Pereda

Departamento de Física Básica. Universidad de La Laguna. Tenerife.

--------------------------------------------------------------------------------

11:20 Redes Complejas y epilepsia del lóbulo temporal. Focalizando fuera del foco la causa de las crisis focalesGuillermo Ortega

Unidad de Referencia Nacional para el Tratamiento de Epilepsia Refractaria.

Hospital Universitario de La Princesa. Madrid.

--------------------------------------------------------------------------------

12:00 Descanso

--------------------------------------------------------------------------------

12:30 Sueño, conciencia y complejidadEnzo Tagliazucchi

Goethe-University Frankfurt. Alemania.

--------------------------------------------------------------------------------

13:10 Visualización microscópica del cerebro desde los tiempos de Cajal hasta nuestros díasJavier de Felipe

Centro de Tecnología Biomédica (CTB). Universidad Politécnica de Madrid.

--------------------------------------------------------------------------------

13:50 Descanso

--------------------------------------------------------------------------------

16:00 Ritmos cerebrales buenos y malos: estudiando la dinámica neuronal normal y epilépticaLiset Menéndez de la Prida

Instituto Cajal. CSIC. Madrid.

--------------------------------------------------------------------------------

16:40 La física del "dolce far niente", ¿Qué hace el cerebro cuando no hace nada?Dante Chialvo

Neurophysiology Laboratory. University of California, Los Angeles. EE.UU.

--------------------------------------------------------------------------------

17:20 Aplicaciones clínicas de la Imagen Médica en la psiquiatría/salud mentalCelso Arango

CIBERSAM. Hospital General Universitario Gregorio Marañón. Madrid.

--------------------------------------------------------------------------------

18:00 Resumen día 1/Mesa Redonda

--------------------------------------------------------------------------------

Jueves, 5 de julio

10:00 Neuroimagen por Resonancia en Enfermedades Neurodegenerativas y NeurológicasJuan Antonio Hernández Tamames

Laboratorio de Neuroimagen del Centro de Tecnología Biomédica. Universidad Politécnica de Madrid.

Laboratorio de Análisis de Imagen. Universidad Rey Juan Carlos.

--------------------------------------------------------------------------------

10:40 Neuroimagen estructural en adolescentes con psicosis y autismoJoost Janssen

CIBERSAM. Hospital Universitario Gregorio Marañón. Madrid.

--------------------------------------------------------------------------------

11:20 Interfaces Cerebro-Máquina: aplicaciones básicas y clínicasJosé M. Carmena

Brain-Machine Interface Systems Laboratory.

University of California, Berkeley. EE.UU.

--------------------------------------------------------------------------------


12:00 Descanso

--------------------------------------------------------------------------------

12:30 Estudio de la recuperación del daño cerebral mediante MEGNazareth P. Castellanos

Laboratory of Cognitive and Computational Neuroscience. UCM-UPM. Centre for Biomedical Technology.

--------------------------------------------------------------------------------

13:30 Inmunología y Sistema Nervioso: conceptos básicos y aspectos clínicosJuan Antonio García Merino

Servicio de Neurología.

Hospital Universitario Puerta de Hierro Majadahonda.

--------------------------------------------------------------------------------

13:50 Descanso

--------------------------------------------------------------------------------

16:00 Células Madre neuronales. Caracterización electrofisiológica y desarrollo de una terapia celular para el tratamiento del Ictus IsquémicoJosefina María Vegara Meseguer

Universidad Católica San Antonio de Murcia.

--------------------------------------------------------------------------------

16:40 Terapia celular en Esclerosis Lateral Amiotrófica: del laboratorio a la clínicaJonathan Jones*, Mª Carmen Viso, Diego Pastor, Salvador Martínez

(*) Instituto de Neurociencias. Universidad Miguel Hernández. San Juan, Alicante.

--------------------------------------------------------------------------------

17:20 Nuevas perspectivas en neurorregeneración: terapia celular aplicada a la discapacidad neurológicaJesús Vaquero

Servicio de Neurocirugía. Hospital Universitario Puerta de Hierro Majadahonda.

--------------------------------------------------------------------------------

jueves, 29 de marzo de 2012

Neuronal Noise


Acaba de salir un interesante libro publicado por la editorial Springer, llamado "Neuronal Noise" y cuyos autores son Alain Destexhe y Michelle Rudolph-Lilith. Ambos son investigadores del CNRS francés, en concreto de la Unidad de Neurociencia, Información y Complejidad de París.
Quizá el aspecto más llamativo de la actividad cortical sea su extremada irregularidad, lo cual contrasta con nuestros sistemas electrónicos basados en chips de silicio. Dada le enorme conectividad sináptica cortical y dado que las neuronas del neocórtex se activan espontáneamente entre los 5 y 20 Hz, no es de extrañar que se produzcan fluctuaciones intensas que, con cierta liberalidad terminológica, los autores denominan "ruido". ¿Cómo se pueden obtener modelos que reflejen las principales propiedades del ruido sináptico? Destexhe y colaboradores introdujeron un modelo estocástico simplificado, llamado el modelo de puntos de conductancia. En este modelo pueden cambiarse las conductancias de manera independiente.
Usando un modelo de Hodgkin-Huxley y modelando el ruido como un proceso estocástico efectivo, los autores encontraron que la célula es capaz de discriminar frecuencias (más allá de 150 Hz) con mucha precisión y manteniendo constante la frecuencia de activación. Una serie de interesantes propiedades se derivan, como son la variabilidad en las descargas, la resonancia estocástica, la detección de correlaciones por parte de las células piramidales o un procesamiento temporal capaz de detectar coincidencias. Pero quizá la propiedad más sorprendente del ruido sináptico neuronal se encuentra en las células del tálamo. Bajo condiciones similares al comportamiento "in vivo", cambian radicalmente las propiedades de transferencia entre estas neuronas.
En el capítulo séptimo, los autores analizan los principales modelos matemáticos empleados en la descripción del ruido sináptico. Uno de los modelos más investigados es el llamado modelo Gaussiano de "ruido blanco", un modelo aditivo que, aunque proporciona una buena aproximación, solo permite una descripción parcial. Un nuevo acercamiento basado en el formalismo de Ito permite una exploración matemática más rigurosa pero presenta limitaciones a la hora de capturar las propiedades espectrales del sistema estocástico subyacente. No obstante, los autores apuestan por la utilidad de dicho formalismo para analizar el ruido sináptico.
El libro finaliza con la exposición de casos experimentales y con el análisis de algunas conclusiones. Y así, el ruido es caracterizado en diversas preparaciones "in vivo", tales como en estados artificialmente activados bajo anestesia; de hecho, en gatos despiertos y dormidos las fluctuaciones de la conductancia son habitualmente mayores que para la excitación.

sábado, 18 de febrero de 2012

Haim Sompolinsky


El profesor Haim Sompolinsky de la Universidad Hebrea de Jerusalén, recibió en el mes de Diciembre el prestigioso premio Swartz concedido por la Sociedad de Neurociencia. Con una dotación de 25.000 dólares reconoce la importante contribución de este gran físico que, usando las herramientas de la Física Estadística, ha diseñado el "modelo en anillo" para el estudio de los circuitos neuronales y su funcionamiento en la memoria a corto plazo y en los procesos de toma de decisiones. Precisamente a este modelo dedicamos nuestra entrada del mes.
Una red en forma de anillo consiste de N neuronas formando un anillo, de forma tal que la neurona i es etiquetada por un ángulo que resulta del producto de 2pi por i dividido por el número N de neuronas. En el caso más simple cada neurona es conectada a las otras mediante un peso sináptico J dependiente de la distancia angular entre ellas. Para Ji mayor que 2, el patrón de actividad se convierte inestable y hay que considerar una solución no lineal. La actividad es pues un coseno truncado en alguna distancia desde su punto máximo. La localización del punto máximo es arbitraria y cuando Ji es mayor que 2, el sistema posee una variedad de estados llamada el atractor del anillo. El sistema se sitúa en una fase marginal dado que los estados estacionarios a lo largo del anillo se mantienen estables frente a todas las perturbaciones, excepto aquellas que producen un traslado de la actividad a lo largo del anillo.
Una importante propiedad del atractor es la invarianza de la actividad a los cambios en la intensidad del estímulo. La dificultad proviene del llamado "efecto iceberg", causado por la presencia de la activación neuronal en su umbral. Cuando la intensidad del estímulo cambia, el valor del primer estímulo cambia y permanece constante cuando el contraste estimular varía.
Una característica central del atractor en forma de anillo es que incluso en el estado espontáneo del cerebro, el circuito cortical debe generar espontáneamente patrones de actividad asemejándose a los activados por los estímulos sincrónicos. Ante la ausencia de estímulos se hace necesaria la incorporación de actividad espontánea añadiendo ruido. Al añadir ruido, el régimen homogéneo del diagrama de fases corresponde al caso en el que la solución es estable. En el régimen inestable no hay una solución finita estable. La transición entre regímenes se corresponde a una línea de inestabilidad, caracterizándose el estado espontáneo por pequeñas fluctuaciones de actividad en torno a un solo estado homogéneo, incluso en un régimen en el que el estado activado exhibe un atractor anular. ¿Cuál es la robustez de este atractor? Inicialmente depende de la isotropía del sistema, una característica poco realista de los sistemas biológicos. Posibles mecanismos homeostáticos han de ser formulados para compensar los efectos de la falta de homogeneidades.