Neurociencia en imágenes

Cuando pienso en neurociencia, pienso en imágenes impactantes. Y, es que, muchos de los experimentos que se llevan a cabo en esta rama de la ciencia se realizan utilizando microscopía. Y no microscopía tradicional sino que se utiliza microscopía de fluorescencia o microscopía electrónica. 

Para enseñaros algunas de estas imágenes, me he centrado en un tema importante que la neurociencia está intentando buscar la solución: las enfermedades neurodegenerativas, especialmente el Alzheimer. 

Como ya os comenté en una entrada anterior, las mitocondrias son unos orgánulos que están presentes en nuestras células y se encargan de producir la energía que necesitan nuestras células. Por ello, cuando hay un fallo en las mísmas y por tanto, no funcionan correctamente; esta disfunción se ha asociado a la aparición de diversas enfermedades neurodegenerativas. Aquí os pongo la primera imagen donde se pueden mitocondrias sanas (izquierda), son esas figuras alargadas; y mitocondrias fragmentadas (derechas) en células donde los sistemas de reparación del ADN no funcionan.

Imagen de microscopía electrónica. Fuente

Sin embargo, aún no se sabe la relación directa entre mitocondrias y enfermedades neurodegenerativas. Por ahora, lo que se sabe es que en enfermedades como el Alzheimer, los pacientes desarrollan lo que se denominan placas amiloides (acumulación de una proteína en el espacio extraneuronal). ¿Cómo se ven esas placas? Aquí os dejo otra imagen, esta vez de microscopía de fluorescencia; donde podemos ver en verde las células nerviosas, en rojo los vasos sanguíneos y en azul las placas amilodies.

Imagen de microscopía de fluorescencia de un muestra de ratón. Fuente

Las proteínas que se acumulan para formar las placas amiloides son la proteína beta-amiloide y la proteína tau. Durante la neurodegeneración que se produce durante el Alzheimer, la primera protagonista es la proteína beta-amiloide, la cual empieza formar placas en los exteriores de las neuronas. Esto supone una alteración para el comportamiento de la proteína tau, que empieza a formar fibras dentro de las células nerviosas (llamados ovillos). En pacientes que presentan Alzheimer se ha encontrado una acumulación de ambas en lugares específicos del cerebro como el lóbulo temporal. Para que veáis cómo es la proteína beta-amiloide y cómo se comporta cuando está en agua, aquí os dejo esta imagen de microscopía confocal. Es importante señalar que los colores se han modificado con Photoshop. 

Proteína beta-amiloide con microscopía confocal. Fuente

Neurociencia en la radio

Hoy en nuestro programa radio, traemos una sesión especial donde hablaremos sobre una rama de la ciencia muy especial como es la neurociencia y más concretamente sobre el papel de las mitocondrias en el cerebro. 

Para empezar, nos podrías introducir un poco, ¿qué son las mitocondrias? ¿por qué son importantes?

Las mitocondrias con orgánulos celulares que se encargan de generar la mayor parte de la energía que necesita la célula para llevar a cabo sus reacciones químicas. Para que nos hagamos una idea, son las centrales eléctricas que nos proporcionan energía para que tengamos luz, podamos cocinar en casa. La energía que producen se almacena en forma de ATP o trifosfato de adenosina. Y, bueno, las mitocondrias son importantes porque como he dicho son las que nos proporcionan la energía; si no funcionan, no tendríamos energía. Pero es que, además, cualquier desajuste a nivel mitocondrial también puede desencadenar en el desarrollo de numerosas enfermedades, muchas de ellas, enfermedades neurodegenerativas.

Nos has comentado que las mitocondrias son las que centrales eléctricas de nuestras células, pero ¿qué tienen que ver las mitocondrias con la neurociencia?

Pues por lo que ya he comentado anteriormente, muchas de las enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer o el Parkinson pueden desarrollarse por un mal funcionamiento de las mitocondrias. Aún no sabe si es causa o efecto, pero lo que sí se sabe es que cuando algo falla en estos orgánulos, las enfermedades están ahí. 

Entonces, ¿qué fallos en las mitocondrias pueden dar lugar a enfermedades?

Digamos que las mitocondrias pueden fallar a muchísimos niveles. Desde cómo las proteínas que necesitan para funcionar no son capaces de llegar a su destino y por tanto, las mitocondrias no funcionan bien. Hay que tener en cuenta que la mayor parte de las proteínas mitocondriales se sintetizan fuera de la mitocondria y necesitan ser transportadas a la mitocondria para hacer su función. Hay diversos mecanismos que pueden fallar. Y si fallan, estas proteínas mitocondriales no pueden entrar en la mitocondria y tienden a agregarse. Los agregados proteicos nunca auguran nada bueno.

Pero también en la división de las propias mitocondrias. Estos orgánulos están en una continua dinámica y se fusionan y fisionan rápidamente. Pues bien, si esta dinámica no es la adecuada también se pueden desarrollar enfermedades. 

Imagen de una mitocondria. Fuente

¿Nos podrías explicar un ejemplo? ¿Lo que hacéis en tu grupo para estudiar la mitocondria?

Como os he dicho anteriormente, los fallos a nivel de entrada a la mitocondria pueden dar lugar a un fallo mitocondrial. Tendríamos mitocondrias disfuncionales. De hecho, es en lo que trabajamos en mi laboratorio. Entender cómo son esas rutas de entradas y qué ocurre si fallan porque una proteína se haya quedado atascada o porque el sistema no está funcionando correctamente. Para estudiarlo utilizamos modelos celulares, pero también lo estudiamos en levaduras.

¿Y esto se puede estudiar en levaduras? ¿Las que hacen el pan?

Sí, de hecho, es mucho más sencillo. La levadura es una célula eucariota igual que nuestras células y muchos mecanismos están conservados. Es decir, funcionan igual. Además, es un microorganismo muy versátil que se ha utilizado durante mucho tiempo, y se sigue utilizando, como modelo de célula eucariota. Tenemos las técnicas para estudiar la genética de la levadura muy desarrolladas, tenemos secuencias, y, es muy sencillo crecerlas. 

Y sí, es la prima de la que hace el pan, pues dentro de las levaduras tenemos diferentes especies. Pero dentro de una misma especie como podría ser Saccharomyces cerevisiae tenemos diferentes cepas que se han especializado más en fermentar uva o fermentar para hacer pan. En nuestro caso utilizado una cepa de laboratorio, que es muy fácil de manejar. 

Levaduras al microscopio. Fuente

¿Crees que para dentro de 20 años podremos tener una cura para el Alzheimer, por ejemplo?

Esto quizás es mucho decir. Tener una cura supone muchos avances tanto a nivel de conocimiento básico de la enfermedad como de conocimiento aplicado de compuestos que puedan tratar la enfermedad. Creo que en 20 años estaremos más cerca de poder encontrar una cura, y quien sabe, quizás hasta la hemos encontrado ya.

Neuro- como prefijo

¿Y si el prefijo neuro- se ha convertido en prefijo vacío? ¿Y si solo es una estrategia de marketing?

Hoy vamos a hablar de la neuroeducación, la cual se define como una disciplina que promueve la integración entre las ciencias de la educación y la neurología con la finalidad de mejorar los métodos de enseñanza y los programas educativos. Para ello usarían disciplinas como la psicología, la neurociencia, la propia educación y la ciencia cognitiva. Todo esto se basa en la plasticidad del cerebro y cómo lo podemos moldear con un aprendizaje continuo. 

Desde el Instituto Superior de Estudios Psicológicos (ISEP) plantean que la neuroeducación podría aportar una serie de beneficios a la educación como identificar la emoción que se esta sintiendo para no responder impulsivamente ante la misma (gestión de las emociones) e identificar causas neurológicas de fracaso escolar como la dislexia o trastornos del aprendizaje. La idea final es desarrollar una aprendizaje que tenga en cuenta cómo pensamos, cómo sentimos y cómo actuamos. Pero no sólo el ISEP nos habla de las ventajas que tendría el establecimiento de la neuroeducación en nuestros centros; sino que Dr. Francisco Mora, uno de los mayores divulgadores sobre la relación entre el cerebro y el aprendizaje, dice que “no se puede aprender sin que el tema a tratar sea emocionante”. De tal forma que la emoción y la curiosidad serían pilares centrales para aprender, memorizar y adquirir conocimiento. De hecho, aquí os dejo un vídeo donde habla un poco más sobre el tema.

Pero todo esto es lo positivo, las ventajas que diferentes fuentes refieren a la neuroeducación. ¿Cuál es el lado negativo de la misma? No he podido encontrar opiniones negativas sobre la neuroeducación; por lo que voy a integrar mi punto de vista. Creo que el uso del prefijo neuro- en este caso sí que es un prefijo vacío, pues en la educación ya se tienen en cuenta estos factores neurológicos para desarrollar la misma. El profesor intenta hacer llamativo un temario que no lo es o quizás no necesita hacerlo llamativo porque lo tenemos que estudiar igual, e incluso, aunque no lo hagan llamativo o emocionante, habrá alumnos que lo perciban emocionante y otros que no, simplemente por las diferencias en gustos. A mí siempre me resultaron emocionantes las matemáticas, cómo todo cuadraba perfectamente; mientras que tenía compañeros que no las tragaban. ¿La neuroeducación hubiese ayudado? No creo que teniendo en cuenta las emociones podrían haber ayudado a hacer más atractivas las integrales o las derivadas. 

Sin embargo, sí que creo que la neuroeducación podría ayudar a detectar y ayudar a los alumnos que presentan trastornos del aprendizaje. Entender el problema podría ayudar a hacer más sencillo cómo aprenden determinados conceptos estos alumnos. 

¿Qué són los reflejos?

 Experimento para conocer qué son los reflejos

Los reflejos son movimientos involuntarios que hace nuestro cuerpo en respuesta a algo. Haces el movimiento sin tener que pensarlo e incluso, aunque no quieras. Muchos de estos reflejos son reflejos de protección que nos ayudan a proteger nuestro cuerpo: ante algo muy caliente, por ejemplo. Pero también hay otros como pestañear cuando nos entra algo en los ojos o la tos y los estornudos para despejar nuestras vías aéreas o eliminar algo que no debería estar ahí. 

Los reflejos tienen los siguientes componentes, tal y como describen en la SEMG: receptor (la zona del cuerpo que percibe el estímulo), vía aferente (el sistema nervioso lleva la información del estímulo a las neuronas), sinapsis (las neuronas se comunican y elaboran la respuesta al estímulo), vía eferente (conduce la respuesta elaborada por las neuronas a un órgano) y órgano efector (la respuesta llega al músculo para que produzca el movimiento). 

El experimento que planteo está relacionado con conocer uno de los reflejos más conocidos, el famoso reflejo rotuliano o reflejo rotuliano profundo, que se produce cuando se golpea el tendón rotuliano. La idea es comprender que cuando se golpea, el tendón se estira y el músculo al que está conectado provocando el movimiento. Al hacerlo, se envía la señal a la médula espinal para decirle que nuestro músculo se ha estirado. 

Para ello, el protocolo a seguir es muy sencillo, pues solo necesitaremos algo con lo que golpear el tendón rotuliano. Probaremos a hacer diversos golpes en diferentes zonas de la rodilla con la idea de observar la posición aproximada del tendón, así como el propio reflejo. 

Este reflejo se utiliza en gran medida para asegurarse que el sistema nervioso funciona correctamente. Y, además, nos ayuda a mantener el equilibrio cuando estamos de pie y así, evitar caernos al mantener la rodilla en la posición correcta. 

Introducción a la Neurociencia de andar por casa

Si tuvieráis que hacer un diseño sobre neurociencia para una camiseta, ¿cómo sería? Yo aquí planteo un diseño sencillo sobre las partes clave de nuestro sistema nervioso. Conocer lo básico nos puede ayudar a conocer lo complejo. 

Por ello, he elegido plasmar la información sobre las diferentes partes de nuestro sistema nervioso (central y periférico) donde explico brevemente qué función desempeña cada parte. 

5.1. Reflexión

 ¿Qué cosas puedes pensar sin necesidad de recurrir al lenguaje, es decir, sin que sea preciso que “aparezcan” palabras en tu mente?

Resulta complicado pensar en algo sin que las palabras aparezcan en nuestra cabeza. Es algo complejo. Sin necesidad de recurrir al lenguaje, puedo pensar en los sentimientos. En los sentimientos cuando los estoy sientiendo, es mucho más fácil, pues estar triste o feliz, es algo que se puede pensar (estoy feliz o estoy triste) sin necesidad de tener que poner una palabra en mi cabeza. 

Pero no puedo pensar en cosas más complejas. No puedo pensar en mi trabajo sin palabras. Puedo pensar en el sentimiento de estrés por tener que entregar algo o porque tengo mucho trabajo, pero no en el trabajo en sí. Por eso, creo, que las únicas cosas que se pueden pensar sin nesidad de recurrir al lenguaje son los sentimientos. Pues es algo que tenemos de forma intrínseca en nuestra forma de ser como seres humanos. 

¿Crees que de ese modo (es decir, sin lenguaje) es posible elaborar planes de acción y transmitirlos a los congéneres?

Si ya había comentado que pensar en algo sin lenguaje es díficil, ahora imagino cómo de complicado debe ser transimitir esa información sin poder recurrir a las palabras. Como he dicho antes, se puede transmitir fácilmente un sentimiento de felicidad o de tristeza. Es "fácil" saber si una persona tiene algún tipo de problema por cómo lo expresa con su lenguaje corporal, por ejemplo. Pero, de ahí, a poder transmitir un plan de acción sin usar el lenguaje, lo veo muy complicado.

Sin embargo, si cuando nos referimos con lenguaje hacemos referencia únicamente a las palabras, si que sería posible esta comunicación. De hecho, hace muchos años, nuestros ancestros tendrían que haber utilizado algún tipo de comunicación que no está descrita como lenguaje tal cual. Mediante el uso de gestos, de pinturas o de sonidos es posible comunicar un plan de acción sencillo y ser capaz de transmitir información a otros individuos de tu misma especie.

Por ello, creo, que al igual que muchos animales se comunican sin usar el lenguaje (comunicación química a través del olfato o comunicación táctil a través de vibraciones), el Homo tuvo que ser capaz también de hacerlo en algún momento. Me gustaría resaltar que ese tipo de comunicación es una comuncación sencilla. No se puede transmitir información compleja con ausencia del lenguaje. De hecho, esto será una de las clave del gran desarrollo del ser humano, en comparación con otras especies, a nivel cognitivo y a nivel social.

4.2. La evolución biológica

¿La cultura influye en la evolución biológica?

La evolución biológica se considera al cambio que sufren las especies a lo largo del tiempo debido a modificaciones genéticas que ayudan a adaptarse mejor al ambiente. De tal forma, los mejor adaptados son los que tiene mayor probabilidad de sobrevivir y, por tanto, transmitir su información genética a sus descendientes. 

Teniendo en cuenta que la evolución se debe a cambios genéticos, ¿podríamos saber si el desarrollo de una cultura también puede tener consecuencias en la evolución biológica? Veo bastante claro que el desarrollo de una cultura afecta a la evolución biológica. El desarrollo de la cultura nos puede ayudar a ser los más adaptados en ese momento y, por consiguiente, a ser los que transmitamos nuestra información genética a la siguiente generación. 

Evolución Humana. Fuente.

Pero esto es algo que ya ha ocurrido a lo largo de nuestra propia evolución. Al principio de la historia del hombre, si retrocedemos a los primeros homínidos que vivían en África, los cambios climáticos que sucedieron, favoreció la aparición del bipedismo. 

Un poco más tarde, aparece la posibilidad de utilizar las manos para el desarrollo de actividades variadas: manipular y transportar objetos,.. Al mismo tiempo, la especie tiene que empezar a organizarse y comunicarse con el resto de individuos de su comunidad para que la comunidad reme en la misma dirección. La aparición de esta comunicación junto al desarrollo de herramientas y armas, les permitió cazar, usar el fuego, entre otras cosas. 

La aparición de la caza y el uso del fuego, supuso un mayor aporte de energía para el desarrollo del cerebro y, por tanto, de sus capacidades cognitivas. El fuego supone un paso crucial para evitar contraer enfermedades y facilitar la digestión al tratar los alimentos. Estos cambios a nivel cultural, supusieron cambios físicos en el tiempo. 

Así, los cambios genéticos dan lugar a cambios biológicos que ayudaron al ser humano a desarrollar capacidades cognitivas. Estas nuevas capacidad cognitivas ayudaron al desarrllo de nuevas funciones biológicas. Por tanto, la cultura generó un avance a nivel biológico, que generó avances más complejos a nivel cultural y, por tanto, biológico. Esta retroalimentación favoreció la aparición de los seres humanos que somos hoy en día.