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CIENCIA. Control mental a través de la luz: el mundo emergente de la optogenética

 

Universidad de Stanford. Wikimedia

La optogenética suena como ese curso electivo aterrador que tú y tus amigos están tratando de evitar tomar mientras están en la universidad. Pero no es tan malo como crees. Con un poco de pensamiento creativo y algunos paralelismos de ciencia ficción, comprenderá rápidamente por qué la optogenética es una de las áreas más interesantes de la ciencia y la medicina.

En la superficie, la optogenética podría permitir a los humanos usar un control remoto para controlar nuestros cerebros. ¿Cómo? Utilizando la luz. A través de este "controlador de luz", puede presionar un botón para dormir instantáneamente. Si se lesiona, puede apagar los receptores del dolor en su cerebro con solo presionar otro botón en el controlador. O use su controlador para controlar las diferentes funciones motoras de su cuerpo. 

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La técnica científica podría llevarnos a un futuro en el que todo esto sea posible. Esta nueva forma de "control mental" podría usarse para tratar afecciones cerebrales relacionadas con el envejecimiento, como el Alzheimer o la enfermedad de Parkinson. Podría usarse para tratar la ceguera, tratar anomalías cardíacas e incluso enfermedades psiquiátricas. Técnicas prometedoras, a semejanza del proyecto Neuralink de Elon Musk. La optogenética no es una idea lejana al margen de la ciencia. Es una idea arraigada en la ciencia ficción que parece ser alcanzable de acuerdo con investigaciones recientes y revolucionarias. Ya lo utilizan médicos e investigadores de todo el mundo para estudiar el cerebro humano.El progreso en este nuevo campo de la neurobiología y la ingeniería ha ayudado a los investigadores a descifrar las señales cerebrales que provocan dolor, comprender mejor el código neuronal de la adicción, restaurar la vista en ratones ciegos, reprogramar recuerdos y crear otros nuevos. Si podemos superar sus limitaciones actuales y continuar por el camino en el que nos encontramos actualmente, la neurotecnología establecida para llevar la optogenética a la vanguardia de la ciencia podría cambiar el mundo en los próximos años. 

¿Qué es la optogenética? 

La optogenética es la ciencia que utiliza la luz para controlar el comportamiento de las células. En este momento, es uno de los campos de investigación aplicada de más rápido crecimiento. El aspecto más emocionante de la tecnología promete permitirnos usar diferentes frecuencias para controlar el cerebro.

Las células en cuestión son neuronas en este casoShelly Fan de  Singularity Hub lo  describe como "una brillante fusión mental de neurobiología básica e ingeniería que secuestra el mecanismo detrás de cómo las neuronas se activan naturalmente, o se silencian, en el cerebro". Esta ciencia aplicada se está utilizando en laboratorios de todo el mundo, ayudándonos a descubrir nuevas cosas interesantes sobre nuestras mentes.

"La optogenética es la combinación de genética y óptica para controlar eventos bien definidos dentro de células específicas de tejido vivo. Incluye el descubrimiento y la inserción en células de genes que confieren sensibilidad a la luz",  dice Scientific American .  

También incluye las tecnologías asociadas para entregar luz a organismos tan complejos como mamíferos que se mueven libremente, para dirigir la sensibilidad a la luz a las células de interés y para evaluar lecturas o efectos específicos de este control óptico.

Primero hay que entender las neuronas 

Las neuronas son las unidades fundamentales del cerebro y el sistema nervioso. Son las células responsables de recibir información sensorial del mundo que nos rodea, enviar comandos motores a nuestros músculos cuando estamos en movimiento, transformar y transmitir las señales eléctricas en cada paso intermedio . Estas células cerebrales son contenedores de almacenamiento vivientes con "puertas" llamadas canales iónicos.

Estas puertas separan las celdas de su entorno interno actuando como una barrera del exterior. Si una neurona recibe una entrada lo suficientemente fuerte, las células abren sus "puertas", creando una corriente eléctrica que se ramifica a sus otras neuronas vecinas, comunicando información. Así es como se comunican las neuronas y estas redes crean recuerdos, emociones y comportamientos. La optogenética secuestra ese proceso. 

¿Cómo controlamos estas neuronas? Las opsinas son la primera parte de la fórmula

Control mental a través de la luz: el mundo emergente de la optogenética
"A. En un estudio de estimulación eléctrica, se activarán todas las células cercanas al sitio de estimulación. B. La luz azul normalmente no afecta a las neuronas. C. La luz azul activará selectivamente las neuronas con canalrodopsina-2 (ChR2)". Fuente: Frontiers Young Minds

Los investigadores no solo están arrojando luz sobre las células y esperando lo mejor. En primer lugar, es necesario "rediseñar" las neuronas para que sean sensibles a la luz mediante  la ingeniería genética , el proceso mediante el cual los científicos cambian la información del código genético de un ser vivo. Con respecto a la optogenética, los científicos toman el código genético de las neuronas que quieren observar y le agregan un nuevo código.

Cuando este nuevo código se agrega a las neuronas del sujeto, crea proteínas especiales llamadas  opsinas . Dependiendo de la opsina utilizada para modificar la neurona, transmitirá un  impulso nervioso cuando se ilumine . Con este método se podrían controlar órganos, partes del cuerpo y comportamientos completos. 

La clave para desbloquear el poder de la optogenética radica en la ingeniería genética

Las opsinas ocurren naturalmente; descubierto por primera vez en las algas, que utilizan estas proteínas para ayudarse a sí mismas a moverse hacia la luz. Los genes de las opsinas se agregan comúnmente a ratones en laboratorios de investigación. Para hacer esto, los científicos usan virus para insertar cuidadosamente el código genético de la opsina en el código genético de las neuronas del ratón.

Si se hace correctamente, todas las neuronas del ratón tendrán la opsina. Dado que ya tenemos un amplio conocimiento del código genético del ratón, podemos elegir dónde poner la opsina. Podemos poner nuestro código en un tipo específico de neurona o dentro de una parte particular del cerebro. Esto nos permite manipular con precisión qué neuronas queremos controlar . 

Una de las opsinas más populares se encuentra en las algas verdes. Apodada canalrodopsina-2 o ChR2, esta opsina se activa con la luz azul, lo que significa que solo funciona cuando la luz azul la ilumina y no responde a otros tipos de luz. Cuando agrega canalrodopsina-2 a las neuronas, la luz azul actúa como un interruptor que enciende las neuronas. Incluso después de todo esto, todavía estamos a mitad de camino. 

Las fibras ópticas son la segunda mitad de nuestra fórmula por ahora 

Ahora que nuestras opsinas son completamente parte de nuestro cerebro o del cerebro de nuestros ratones, los investigadores ahora necesitan instalar fibras ópticas cerca de nuestras neuronas de opsina para entregar los estímulos de luz correctamente. Como se mencionó anteriormente, dependiendo de las opsinas utilizadas junto con la frecuencia de la luz, se pueden controlar regiones cerebrales particulares, lo que le brinda superpoderes telepáticos sensibles a la luz si le gustan ese tipo de cosas. Una forma más madura de optogenética podría abrir las puertas a una poderosa terapia clínica que podría usarse para ayudar a las personas con problemas neurológicos. Sin embargo, existe un problema. 

Para que esto realmente funcione de manera práctica, tendremos que deshacernos de esos cables que salen del cerebro. Esto requeriría cirugía. Nadie quiere cables o un dispositivo que sobresalga de su cerebro. La próxima evolución en optogenética podría ser inalámbrica. En un  estudio reciente , los investigadores lograron que las neuronas reaccionaran a la luz sin fibras ópticas. El equipo de la Universidad de Stanford ha encontrado una forma de bioingeniería de neuronas sensibles a la luz difundida por el cráneo, ofreciendo  un tiempo aún más rápido que sus predecesoresNo obstante, sigue siendo el primer paso entre muchos hacia el control cerebral inalámbrico. 

La optogenética podría cambiarlo todo  

Los científicos buscan tratar enfermedades o incluso aliviar los síntomas con optogenética. Se podría utilizar una simple mejora optogenética de su corazón para corregir las irregularidades de la frecuencia cardíaca. Podría decirse que la optogenética podría ayudar a restaurar la función motora en pacientes con parálisis mediante el uso de "tratamientos de luz" para desencadenar las contracciones musculares.

No hay duda de que la optogenética podría eventualmente usarse para reparar órganos defectuosos en el cuerpo humano. Y la terapia génica nos permitirá hacer esto de manera completamente no invasiva. Incluso sería posible 'mejorar' nuestros cuerpos reemplazando algunas de sus partes con componentes más efectivos.

Los tratamientos clínicos podrían usarse para ayudar a tratar enfermedades neurológicas generativas e incluso problemas de salud mentalLa lista continua. No obstante, es importante mencionar que aún nos queda un largo camino por recorrer para hacer todo esto. Ha habido avances impresionantes en Optogenética. Pero no debemos olvidar que la aplicación de esto no está al margen de la ciencia. Si esto no funciona, siempre podemos probar el Neuralink de Elon Musk .


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