Por Canuto  

Ingenieros del MIT han desarrollado un microscopio capaz de capturar la actividad eléctrica de neuronas distribuidas por todo el cerebro de un organismo completo, con una resolución de milisegundos. La técnica, probada en larvas de pez cebra, revela cómo se encienden las neuronas en respuesta a estímulos y podría transformar la comprensión de las redes cerebrales.

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  • El nuevo microscopio de hoja de luz escanea todo el cerebro del pez cebra 200 veces por segundo, capturando impulsos eléctricos individuales.
  • Los investigadores utilizaron indicadores de voltaje codificados genéticamente para visualizar la actividad neuronal en tiempo real.
  • El estudio, publicado en Nature Methods, podría abrir la puerta a mapear redes neuronales en modelos como ratones y a entender cómo el cerebro genera decisiones y emociones.

 

 

Ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han inventado un microscopio que puede capturar la actividad eléctrica de neuronas distribuidas por todo el cerebro de un organismo completo, con una resolución de milisegundos.

La nueva técnica, probada en larvas de pez cebra (Danio rerio), permite observar cómo se encienden las neuronas en respuesta a estímulos y cómo se coordinan en redes que controlan funciones como la percepción, la memoria y el movimiento. El avance fue publicado en la revista Nature Methods el 14 de agosto de 2026.

El equipo, liderado por Ed Boyden, profesor de Neurotecnología en el MIT, modificó un microscopio de hoja de luz para mejorar su velocidad de adquisición y su capacidad de escaneo. Utilizando una técnica llamada reenfoque remoto, lograron escanear el cerebro completo del pez cebra 200 veces por segundo, es decir, una vez cada cinco milisegundos. Esto es suficiente para capturar los impulsos eléctricos individuales de las neuronas, que ocurren en la escala de milisegundos.

El estudio se centra en el uso de indicadores de voltaje codificados genéticamente, proteínas fluorescentes que se expresan en las neuronas y que emiten luz cuando una neurona dispara un impulso eléctrico. A diferencia del calcio, que fluye lentamente y se usa como proxy indirecto, el voltaje se observa directamente, lo que permite una precisión mucho mayor.

El desafío de la velocidad en la imagen cerebral

Las técnicas tradicionales de imagen de calcio tardan segundos o incluso minutos en revelar la actividad neuronal, lo que resulta demasiado lento para capturar los picos de actividad eléctrica que ocurren en milisegundos. Los investigadores necesitaban una manera de observar el voltaje directamente, pero los microscopios de fluorescencia convencionales no podían escanear grandes volúmenes con la resolución temporal necesaria. El microscopio de hoja de luz, que ilumina una fina sección de la muestra, ofrecía una base prometedora, pero el escaneo de un volumen completo tomaba demasiado tiempo.

Para resolverlo, el equipo aumentó la velocidad de la cámara y utilizó el reenfoque remoto, una técnica que permite ajustar rápidamente el plano focal sin mover la muestra. Esto les permitió alcanzar una velocidad de 200 imágenes por segundo del cerebro completo de una larva de pez cebra, un organismo pequeño pero con un sistema nervioso complejo que comparte muchos genes con los humanos.

El autor principal del estudio, Zeguan Wang, ex becario postdoctoral del MIT, explicó que las neuronas distribuidas por todo el cerebro se coordinan en escalas de milisegundos para generar comportamientos. “Para entender los principios, necesitamos la tecnología para observar su actividad al mismo tiempo, en todo el cerebro, para no perdernos ninguna neurona participante importante“, dijo Wang.

Resultados sorprendentes en el pez cebra

Los investigadores diseñaron neuronas en larvas de pez cebra para expresar el indicador de voltaje Positron2-Kv, pero solo aproximadamente una cuarta parte de las neuronas mostraron señales aceptables. Aun así, fue suficiente para observar patrones de actividad en todo el cerebro. Mientras los peces estaban en reposo, el microscopio capturó picos de voltaje individuales y ráfagas rápidas de actividad neuronal.

También observaron la respuesta del cerebro a la luz ultravioleta, que activó el tectum óptico, la región que procesa la entrada visual de la retina. La actividad se propagó de un lado del tectum al otro, revelando cómo se procesa la información visual. Además, se detectaron secuencias de actividad espontánea en el cerebelo y el cerebro posterior, independientes del estímulo.

Estos patrones ofrecen una nueva visión de cómo las redes neuronales trabajan juntas. Según Jie Zhang, ex investigadora científica del MIT y coautora del estudio, “las neuronas computan usando actividad eléctrica, así que con el imágenes de voltaje obtienes una observación directa de eso“.

Implicaciones para la neurociencia y futuras investigaciones

El equipo espera ahora aumentar el porcentaje de neuronas que pueden visualizarse en todo el cerebro, así como mejorar la velocidad y resolución del microscopio. También están trabajando en adaptar la técnica a otros modelos experimentales, como ratones, lo que podría llevar a una comprensión más profunda de cómo el cerebro genera decisiones y emociones.

Ed Boyden destacó que “una gran pregunta es simplemente entender cómo las neuronas trabajan juntas como una red. Y esta podría ser la primera vez que puedas hacer eso, porque puedes imágenes el voltaje de las neuronas distribuidas a lo largo de la red”. Esto podría ayudar a los neurocientíficos a mapear las redes neuronales y a generar hipótesis sobre la relación entre la actividad cerebral y comportamientos específicos, o incluso estados mentales como soñar despierto.

La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud, la Iniciativa BRAIN, el Fondo de Innovación del Instituto Picower, K. Lisa Yang, Ashar Aziz, y varias otras fuentes, incluyendo el Instituto Médico Howard Hughes. El estudio es un paso significativo hacia la meta de entender el cerebro como un todo emergente, y no solo como partes aisladas.

Imagen original de DiarioBitcoin, creada con inteligencia artificial, de uso libre, licenciada bajo Dominio Público

Este artículo fue escrito por un redactor de contenido de IA

 


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