Nanopartículas magnéticas, la nueva herramienta para estimular las neuronas.

nanopartículas

    Las mejores técnicas en ciencias experimentales suelen forman dos grupos, aquellas que nos permiten modificar nuestras variables y las que nos permiten medir o analizar los cambios producidos en otras variables. Entre otros, la utilidad de una técnica de modificación recae en su capacidad para realizar cambios sin alterar otras variables más allá de las deseadas. De lo contrario sería como intentar saber que nota de un piano produce una tecla al tocar varias a la vez. Obtendríamos la nota deseada, pero no sabríamos que tecla exactamente es la que la produce.  Esta alteración de determinadas variables nos permite estudiar como está relacionado ese elemento/fenómeno alterado con otros elementos del sistema. Esto nos capacita para interpretar relaciones de causalidad entre varios elementos e ir generando una teoría sobre el funcionamiento del sistema.

    Actualmente la neurociencia cuenta con un amplio repertorio de técnicas que nos permiten modificar el sistema nervioso a nivel electrofisiológico, las cuales van desde el clásico electrodo hasta el uso de la luz junto con la ingeniería genética (optogenética).  No obstante el problema con estas técnicas, al usarse en mamíferos,  es que se tratan de técnicas invasivas en las que se deber abrir el craneo para poder introducir el electrodo o la fibra óptica. Esto, entre otros, acarrea destruir parte las conexiones, producir inflamaciones y perdida de eficacia en experimentos largos en el tiempo. Algo muy poco apropiado si lo que buscamos es alterar únicamente la actividad neuronal de una manera muy específica. Además, por otro lado, resulta bastante arriesgado si queremos aplicarlo de manera funcional en los humanos en situaciones que no sean patológicas.

 

Visual illustration of the induction of electrical currents in the brain.
illustration of the induction of electrical currents in the brain.

    En respuesta a esto han surgido otros métodos no invasivos como la estimulación transcraneal profunda (rTMS). Ésta consiste en generar un campo magnetico sobre una parte del craneo y mediante el fenómeno de la inducción electromagnética este campo inducirá una corriente eléctrica en las neuronas. De esta forma podemos hiperpolarizar o despolarizar un conjunto de neuronas modificando así su tasa de disparo de potenciales de acción. Aunque se han realizado interesantes y productivos logros con está tecnología, como por ejemplo controlar el cuerpo de otra persona para meterle una paliza a los marcianos de Space Invaders, tiene sus desventajas. Está limitada a las neuronas de la corteza, altera de forma indiscriminada todas las neuronas bajo el alcance del campo y son necesarios campos de gran intensidad que pueden llevar a efectos no deseados.

 

ME Nanoparticles Figure. Khizroev 2015.

     Como una posible solución a estos inconvenientes recientemente se ha publicado un artículo en el que proponen la inserción de nanopartículas magnéticas (ME) en distintas partes del cerebro para que respondan de manera selectiva a determinados campos magnéticos. Estas pequeñas partículas menores de 30nm atravesarían la membrana hematoencefalica y se repartirían, en principio de forma aleatoria, por el encéfalo. Posteriormente ante la exposición a un campo magnético de baja intensidad sobre una zona se lograría generar oscilaciones en la carga eléctrica local de las ME pudiendo así actuar como “mini-electrodos” que alterarían la actividad neuronal.

    Esta aproximación se encuentra aún en pañales y en el estudio, Khizroev y su equipo, realizan una simulación computacional para comprobar su viabilidad para alterar la actividad cerebral en situaciones patológicas.  En otro artículo, al cual no puedo acceder, detallan los resultados de un experimento in vivo en el cual han logrado poner a prueba la teoría y obtener una alteración de la actividad neuronal satisfactoria. No obstante a voz de pronto me gustaría ver como resuelven los problemas de toxicidad que pueda acarrear las partículas introducidas, su interacción con otras ondas electromagnéticas ambientales y como se podría resolver la difusión selectiva de estás partículas a solo ciertas zonas. En este último sentido la optogenética lleva la ventaja pues nos permite seleccionar que neuronas expresarán el canal y por lo tanto serán alteradas

    Para finalizar, también decir que Khizroev, aunque no lo haya probado aún, también a hablado de la posibilidad de estás partículas de actuar en el sentido inverso. Es decir, que actúen de emisores magnéticos de la actividad eléctrica alrededor suya, siendo esta información captada por sensores, procesada computacionalmente para enviar una señal que estimule otras zonas con los mismos elementos. Esto podría ser utilizado como un canal para la interacción Maquina-Cerebro.

Magneto-Electric Nano-Particles for Non-Invasive Brain Stimulation

Magnetoelectric “spin” on Stimulating the Brain

These Magnetic Particles Can Control Electrical Signals In Your Brain

 

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