2015 Año Internacional de la Luz

Academia Mexicana de Ciencias
Boletín AMC/266/15
México, D.F., 10 de noviembre de 2015

• Combinando la técnica optogenética y el ruido estocástico se logra una iluminación ruidosa que potencia la transmisión de estímulos sensoriales, lo que puede mejorar la percepción sensorial.

Iluminando el cerebro de un ratón transgénico con un fotodiodo de luz láser ruidosa.
Foto: Cortesía doctor Elías Manjarrez.
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Para entender cómo funciona el cerebro humano en los procesos de toma de decisiones y los procesos de percepción basados en la selectividad y cómo el ruido puede ayudar a que esta selectividad se lleve a cabo, el doctor Elías Manjarrez López , del Instituto de Fisiología de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), y su grupo de investigación iluminan el cerebro con ruido para comprobar si la información sensorial se amplifica de unos determinados impulsos con respecto a otros durante este proceso.

Entrevistado con motivo del Año Internacional de la Luz y de las tecnologías basadas en la luz, el también integrante de la Academia Mexicana de Ciencias sostuvo que con los estudios que han realizado pudieron demostrar “que el ruido interno en nuestro sistema nervioso (SN) es capaz de amplificar las señales sensoriales. Es decir, un nivel de ruido neuronal particular puede mejorar la percepción sensorial. Además, sentamos las bases de un mecanismo nuevo que está operando en el SN respecto a la amplificación de ciertas señales sensoriales con respecto a otras”.

Explicó que todos los días el ser humano se encuentra inmerso en un mundo de información visual, auditiva, odorífera y táctil, son tantas las señales que no es posible las perciba todas, por lo que discrimina y selecciona algunas dentro de ese mundo de información.

“En el cerebro, que es capaz de amplificar señales, siempre hay ruido neuronal –denominado así debido a la continua actividad basal del cerebro. Lo que nosotros encontramos en estudios previos es que colocando un nivel moderado de sonido ruidoso a una persona que no ve bien, su capacidad para percibir los estímulos visuales aumenta”, indicó Manjarrez López.

A este fenómeno los investigadores le llamaron resonancia estocástica multisensorial, que se refiere a la actividad colectiva de muchos grupos de neuronas que liberan biomoléculas, las cuales transmiten información de una neurona a otra sin necesidad de haber recibido una orden pues lo hacen de manera aleatoria.

Con el objetivo de amplificar y mejorar las señales directamente en el cerebro, el neurofisiólogo utilizó la foto-estimulación “ruidosa” en ratones genéticamente modificados en cuyas células del sistema nervioso central se encuentran proteínas sensibles a la luz. Dichos ratones fueron cedidos por el bioterio del doctor Ranier Gutiérrez, del Cinvestav, quien exitosamente ha mantenido la línea de ratones adquiridos en Jackson Laboratory, en Estados Unidos.

“Estos ratones transgénicos expresan el canal de rodopsina tipo 2, que son canales específicos que se obtuvieron de ciertas algas marinas cuya característica es su sensibilidad a la luz. Cuando estos canales son iluminados responden con una corriente eléctrica dejando pasar iones a través de ellos”, explicó el investigador.

Estos canales iónicos son pequeños tubos que atraviesan la membrana celular y son tan delgados que solo dejan pasar iones -partículas con carga- que al entrar o salir de la célula producen corrientes eléctricas, lo que a su vez genera actividad eléctrica en una neurona, traducido en potenciales de acción o sinápticos; así que al iluminar la células los canales se activan y dejan pasar corrientes.

Esta técnica, que se denomina optogenética —apenas descubierta en el año 2005 por el doctor Karl Deisseroth, de la Universidad Stanford— se ha usado típicamente para controlar la actividad neuronal con luz pulsada, pero Elías Manjarrez y sus colaboradores ligaron esta técnica al ruido estocástico –el cual puede interpretarse como una sucesión de variables aleatorias cuyas características pueden variar a lo largo del tiempo.

“Decidimos combinar esta técnica que nos permite mayor precisión para saber qué zona del cerebro estamos estimulando y a ello le agregamos el ruido; es decir, iluminamos ruidosamente”.

Introduciendo el ruido a través de luz

Hasta ahora, el científico ha acoplado un sistema en el que se incluye un diodo emisor de luz de color azul y un sistema de ruido que en lugar de dar pulsos de luz, aplica ruido luminoso de color azul. Este proceso ha dado lugar a una patente en trámite por parte del doctor Manjarrez y sus colaboradores.

Para comprobar si la información sensorial se afectaría al incrementar el nivel de ruido, el doctor Manjarrez introdujo en los ratones este diodo de luz a una zona que está relacionada con la recepción y el procesamiento de estímulos sensoriales –llamada zona somatosensorial de los barriles– y estimuló mecánicamente el bigote de los ratones; cada pelo del bigote del animal posee una columna de células que lo conecta con esa zona en el cerebro, haciéndola muy sensible.

“Los movimientos fueron casi imperceptibles pero observamos que con cada estiramiento se registraba actividad en la corteza cerebral del ratón solo cuando aplicábamos ruido luminoso azul. Así, descubrimos que el ruido luminoso en un nivel intermedio potencia la transmisión de estímulos sensoriales, lo que derivaba en un aumento de la frecuencia de potenciales de acción”.

El resultado demostró que el ruido interno en el SN es capaz de amplificar las señales sensoriales; es decir, un nivel de ruido neuronal particular puede mejorar la percepción sensorial.

Mariana Dolores.