Los pasitos de la ciencia: el color discrimina
Pedro H. Guanir
En las estrategias de la ciencia, el color puede ser un medio potente.
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Disección del cerebro de la Drosophila. Julie Simpson, Howard Hughes Medical Institute, Janelia.
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Nos
interesa lograr un acumulador de la energía de las olas del mar o del calor de
la Tierra, nos interesa curar el cáncer, reducir la ansiedad o generar trabajo.
La ciencia trabaja para todo esto. ¿Cómo?
Una
primera condición es buscar los componentes más sencillos y subdividirlos en
unidades más pequeñas hasta llegar a la unidad más simple. En
la física, por ejemplo, cuerpo->
molécula->elemento-> átomo->partícula-> electrón, quark, etc.
En la biología, organismo->órgano->tejido->célula->membrana.
Citoplasma, núcleo, etc. En la lingüística, se pasa desde el discurso o
texto a la frase, palabra, silaba, sonido o letra. Etc.
Luego,
se analizan, cómo se comportan entre sí o con otras unidades para ver cuáles
son las causas, condiciones o consecuencias. De esta forma, se controla la
realidad y se interviene en ella.
CURIOSIDAD
POR CONOCER NUESTRO CEREBRO
La curiosidad insaciable del ser humano
también se ha dirigido a su propio cerebro pensante. ¿Cómo pensamos? Antes se
tuvo que averiguar las partes de cerebro, por eso la masa grasa del cerebro fue
cortada en rodajas por los curiosos científicos durante siglos, hasta llegar el
componente más sencillo: la neurona
Las neuronas no sólo son células muy
pequeñas, sino que además se integran con sus vecinas formando un revoltijo.
Estudiarla no ha sido fácil.
LA PESCA DE UNA NEURONA
El neurocirujano alemán Deiters, ya con
el microscopio, obtuvo, en torno a 1860, una imagen completa de una célula
nerviosa, mostrando que su cuerpo tiene, en un extremo, una fibra larga, que
más tarde se conoció como el axón (encargado de transmitir el impulso), y, en
el otro extremo, un grupo arborescente de ramas cortas, que luego sería
conocido como dendritas (receptoras de la información).
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Dibujo de Otto Deiters de una neurona, en 1865.
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Para todos los efectos, la neurona es un
centro de información, pues recibe impulsos (recepción), los procesa
(asociación) y los retransmite (ejecución), aunque, de forma más simple, eso lo
hace el organismo más sencillo de una sola célula como es una ameba.
EL COLOR DISCRIMINA
Es muy fácil distinguir en un rebaño una
oveja si la teñimos de negro. Esto es lo que hizo, una década después, Golgi. Descubrió
que, bañando el tejido cerebral en dicromato de potasio, y luego en nitrato de
plata, teñía a las neuronas.
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| Dibujo de Camillo Golgi del bulbo olfativo de un perro, 1875 |
El método de Golgi fue descuidado
durante 14 años, hasta que el científico español, Santiago Ramón y Cajal, lo
retomó y, en 1887, evidenció que una neurona es una unidad individual, en lugar
de parte de una red, que era lo que pensaban muchos científicos en el momento.
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Dibujo de Cajal de las células del cerebelo de un pichón, 1899.
Instituto Santiago Ramón y Cajal, Madrid.
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En definitiva, la unidad existe, aunque
la unidad se integra con otras unidades, formando asambleas de células.
LA PROTEÍNA LUCIÉRNAGA
No hay nada como los remedios naturales.
No se puede ir por ahí pintando las neuronas…
En la década de 1960, el biólogo marino
Osamu Shimomura descubrió la llamada proteína verde-fluorescente o GFP, una
proteína brillante en especial en las medusas Aequorea. Con ello, no hace falta usar tintes, pues se cuenta con esa proteína fluorescente en la investigación
biológica, sobre todo, si hace uso de la genética. Efectivamente, se intenta reproducir en otros organismos vivos.
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Proteína fluorescente en un gusano, Chalfie et al. (1994)
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FOTOCOPIA BIOLÓGICA EN COLOR
En la década de
1990, el neurobiólogo Martin Chalfie insertó en las neuronas de un gusano un
fragmento de ADN que codifica la proteína fluorescente GFP, produciendo así la
proteína brillante que ilumina las células bajo la luz azul.
Luego, los investigadores modificaron
las secuencias de genes, de forma que codificaron, de la proteína brillante,
colores derivados en rojo, amarillo y azul.
UNA PALETA DE COLORES
Más tarde, en 2007, el neurocientífico
Jean Livet, que trabaja en la Universidad de Harvard con Joshua Sanes y Jeff
Lichtman, encontró una forma inteligente de utilizar esos tres o cuatro colores
fluorescentes para convertirlos en un centenar de diferentes tonalidades.
Esta técnica, conocida como Brainbow, permitió a los investigadores
visualizar bien los circuitos neuronales e incluso etiquetar y rastrear las
células nerviosas durante su desarrollo.
SEGUIMIENTO ESPÍA
Para visualizar y realizar un
seguimiento de las neuronas, se han utilizado otros métodos como teñir los
anticuerpos y virus para seguir el trazo a través de los circuitos neuronales.
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Virus de la rabia modificado para revelar la conexión de varias partes del cerebro con las neuronas generadoras de dopamina, como son área tegmental ventral o la sustancia negra. Los puntos verdes representan las neuronas que proporcionan "inputs"(señales de entrada) a un grupo de neuronas de dopamina en el área tegmental ventral y los puntos rojos son las neuronas que proporciona "inputs" a otro conjunto de neuronas de dopamina en la región de la sustancia negra del cerebro. Mitsuko Watabe-Uchida y Sachie Ogawa
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¡CUÁNTO ESFUERZO EN MOVER UN DEDO!
Es crucial, en las conexiones, saber
cómo funcionan en su conjunto las neuronas durante una tarea
determinada. Una versión modificada de la técnica de hoja de microscopía óptica permite ahora investigar la actividad de miles
de neuronas en el mismo momento ante una tarea determinada.
La imagen me recuerda la foto nocturna de una gran ciudad con miles de edificios iluminados: ¡Asombrosa actividad en conexión!
La imagen me recuerda la foto nocturna de una gran ciudad con miles de edificios iluminados: ¡Asombrosa actividad en conexión!
Evidentemente, somos cada uno lo que
somos, y necesitamos salvar nuestra independencia, pero necesitamos, a su vez,
como las neuronas, asociarnos y trabajar sincronizados en busca de metas.
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Un pez cebra en situación larval. En (a), cada color representa la actividad neurológica en un momento diferente. Panel (b) muestra la actividad en un solo momento. Panel (c) es un mapa computacional de la actividad correlacionada en el mismo cerebro como en b. Los colores distribuidos indican patrones comunes de la actividad. Barras de escala son 50 μm. Crédito: Philipp J Keller, Misha B Ahrens Jeremy Freeman.
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EL CEREBRO EN 3D
En 2013, los científicos desarrollaron el
método, llamado CLARIDAD, un proceso para hacer transparente un cerebro de
ratón. Usando este procedimiento con el que se ven los cerebros en
desarrollo, los científicos pueden analizar las
neuronas de los animales que brillan en conjunto en su cerebro tridimensional.
LA TÉCNICA SE PASA AL ARTE
Ahora, incluso la técnica ha conseguido asombrosos
resultados estéticos, como la imagen que
el neurocientífico Luis de la Torre Ubieta, de la UCLA, ha realizado de una rebanada transparente de cerebro de ratón, para
lo que ha tomado cuidadosamente las imágenes de cada 5,3 micrómetros antes de
combinarlos en una sola. Las conocidas neuronas brillantes son codificadas
por colores según su profundidad, desde el rojo (lo superior), pasando por el
naranja, amarillo, púrpura, hasta el azul y verde (lo inferior).
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| Luis de la Torre-Ubieta, Geschwind Laboratory, UCLA, CC BY-NC-ND 4.0, Wellcome Image |
CONCLUSIÓN
Las neuronas, centros de información
básica y en conjunción con otras, comienzan a tener nombre propio y a ser
conocidos sus entresijos ante determinadas actividades, gracias a su
discriminación cromática.
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RESUMEN
PASITO A PASO ENTRAMOS EN UNIVERSO DEL CEREBRO
La curiosidad insaciable
del ser humano también se ha dirigido a conocer su propio cerebro. Deiters, un
neurocirujano alemán, obtuvo, con el microscopio, en torno a 1860, una imagen
completa de una neurona. Pero ¿cómo captar su relación en un tejido completo?
Entonces Golgi logró teñir las neuronas,
bañando con una sustancia el tejido cerebral, trabajo que continúo Santiago Ramón
y Cajal. Faltaba, sin embargo, estudiar su seguimiento en vivo. Eso lo facilitó,
en la década de 1960, el biólogo marino Osamu Shimomura cuando descubrió una
proteína verde-fluorescente, en las medusas Aequorea, pues sirvió para que, en
la década de 1990, el neurobiólogo Martin Chalfie insertara en las neuronas de
un gusano un fragmento de ADN con la que codificó la proteína fluorescente. Este
poder de la genética la aprovecharon los investigadores modificando las
secuencias de genes de la proteína brillante y obteniendo colores como el rojo,
amarillo y azul.
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FUENTE: Información parcial obtenida a
través de…
13
April 2015
«A Visual History of Neurons» https://www.braindecoder.com/a-visual-history-of-neurons-1089282606.html
IMÁGENES:
1. Otto Deiters' drawing of a neuron, published
in 1865.
2. Camillo Golgi's drawing of a dog's olfactory
bulb, 1875.
3. Cajal's drawing of cells in a pigeon's
cerebellum, 1899. Label A shows Purkinje cells, and label B shows granule
cells. Image from Instituto Santiago Ramón y Cajal, Madrid via Wikimedia.
4. Glowing C. Elegans, Chalfie et al. (1994)
5. A cross-section of Drosophila's brain. Julie
Simpson, Howard Hughes Medical Institute, Janelia.
6. In this image, scientists used a modified
rabies virus to reveal the connections of various parts of the brain to
dopamine neurons. Green dots represent neurons providing inputs to one group of
dopamine neurons in the ventral tegmental area and red dots are the neurons
providing inputs to another set of dopamine neurons in the substantia nigra
region of the brain. Mitsuko Watabe-Uchida and Sachie Ogawa
7. Here's a larval zebrafish, with its head shown in gray. In
(a), each color represents neural activity at a different time point. Panel (b)
shows activity at a single time point. Panel (c) is a computational map of
correlated activity across the same brain as in b. Shared colors indicate
common patterns of activity. Scale bars are 50 μm. Credit: Philipp J Keller,
Misha B Ahrens & Jeremy Freeman
8. Luis de la Torre-Ubieta, Geschwind Laboratory, UCLA, CC BY-NC-ND 4.0, Wellcome Image
Luis de
la Torre-Ubieta
Luis se
crió en San Juan, Puerto Rico, y recibió su doctorado en neurobiología de la
Escuela de Medicina de Harvard en el laboratorio de Azad Bonni. A lo largo de su carrera académica,
Luis ha estado fascinado con el universo microscópico de las células
cerebrales. Luis es actualmente postdoctor en la Universidad de California, Los Angeles (UCLA) en el
laboratorio de Daniel Geschwind, donde se está aplicando estas técnicas de
imagen de vanguardia para estudiar los cerebros de pacientes con autismo. Ha sido el recipiente de numerosos
premios de investigación académica, incluidos los de la National Science
Foundation y el Instituto de Medicina Regenerativa de California, y su trabajo
fue presentado recientemente en la portada de 'neurona'.
