¿Qué pasaría si pudiéramos editar las sensaciones que sentimos; pegar en nuestro cerebro imágenes que nunca vimos, eliminar el dolor no deseado o insertar olores inexistentes en la memoria?
Los neurocientíficos de Berkeley de la Universidad de California están construyendo el equipo para hacer precisamente eso, utilizando la proyección holográfica en el cerebro para activar o suprimir docenas y, en última instancia, miles de neuronas a la vez, cientos de veces por segundo, copiando patrones reales de actividad cerebral para engañarel cerebro piensa que ha sentido, visto o sentido algo.
El objetivo es leer la actividad neuronal constantemente y decidir, en función de la actividad, qué conjuntos de neuronas se activarán para simular el patrón y el ritmo de una respuesta cerebral real, a fin de reemplazar las sensaciones perdidas después del daño nervioso periférico, por ejemplo,o controlar una extremidad protésica.
"Esto tiene un gran potencial para las prótesis neurales, ya que tiene la precisión necesaria para que el cerebro interprete el patrón de activación. Si puede leer y escribir el lenguaje del cerebro, puede hablar en su propio idioma ypuede interpretar el mensaje mucho mejor ", dijo Alan Mardinly, un becario postdoctoral en el laboratorio de la Universidad de Berkeley de Hillel Adesnik, profesor asistente de biología molecular y celular." Este es uno de los primeros pasos en un largo camino para desarrollar una tecnología quepodría ser un implante cerebral virtual con sentidos adicionales o sentidos mejorados "
Mardinly es uno de los tres primeros autores de un artículo que aparece en línea el 30 de abril antes de su publicación en la revista Neurociencia de la naturaleza que describe el modulador cerebral holográfico, que puede activar hasta 50 neuronas a la vez en un fragmento tridimensional del cerebro que contiene varios miles de neuronas, y repetir eso hasta 300 veces por segundo con diferentes conjuntos de 50 neuronas.
"La capacidad de hablar con el cerebro tiene el increíble potencial de ayudar a compensar el daño neurológico causado por enfermedades o lesiones degenerativas", dijo Ehud Isacoff, profesor de biología molecular y celular de UC Berkeley y director del Instituto de Neurociencia Helen Wills,quien no participó en el proyecto de investigación. "Al codificar las percepciones en la corteza humana, podría permitir que los ciegos vean o que los paralizados sientan el tacto".
proyección holográfica
Cada una de las 2,000 a 3,000 neuronas en la porción del cerebro estaba equipada con una proteína que, cuando es golpeada por un destello de luz, enciende la célula para crear un breve aumento de actividad. Uno de los avances clave fue encontrar una manerapara apuntar a cada celda individualmente sin golpear todas a la vez
Para enfocar la luz solo en el cuerpo celular, un objetivo más pequeño que el ancho de un cabello humano, de casi todas las células en un trozo de cerebro, recurrieron a la holografía generada por computadora, un método de doblar y enfocar la luz paraforman un patrón espacial tridimensional. El efecto es como si una imagen 3D estuviera flotando en el espacio.
En este caso, la imagen holográfica se proyectó en una capa delgada de tejido cerebral en la superficie de la corteza, aproximadamente una décima de milímetro de grosor, aunque una ventana clara hacia el cerebro.
"El mayor avance es la capacidad de controlar las neuronas con precisión en el espacio y el tiempo", dijo el postdoc Nicolas Pégard, otro primer autor que trabaja tanto en el laboratorio de Adesnik como en el laboratorio de la coautora Laura Waller, profesora asociada de ingeniería eléctrica yciencias de la computación. "En otras palabras, para disparar los conjuntos muy específicos de neuronas que desea activar y hacerlo a la escala característica y la velocidad a la que normalmente trabajan".
Los investigadores ya probaron el prototipo en las áreas táctiles, visuales y motoras de los cerebros de los ratones mientras caminan en una cinta de correr con la cabeza inmovilizada. Si bien no han notado ningún cambio de comportamiento en los ratones cuando se estimula su cerebro,Mardinly dijo que su actividad cerebral, que se mide en tiempo real con imágenes de dos fotones de los niveles de calcio en las neuronas, muestra patrones similares a una respuesta a un estímulo sensorial. Ahora están entrenando ratones para que puedan detectar el comportamientocambios después de la estimulación.
Prótesis e implantes cerebrales
El área del cerebro cubierta, ahora un corte de medio milímetro cuadrado y una décima de milímetro de grosor, se puede ampliar para leer y escribir en más neuronas en la capa externa del cerebro, o corteza, Pégardy la configuración de la holografía láser podría eventualmente miniaturizarse para caber en una mochila que una persona podría transportar.
Mardinly, Pégard y el otro primer autor, el postdoc Ian Oldenburg, construyeron el modulador cerebral holográfico haciendo avances tecnológicos en varias áreas. Mardinly y Oldenburg, junto con Savitha Sridharan, investigadora asociada en el laboratorio, desarrollaron mejores interruptores optogenéticosinsertar en las celdas para encenderlas y apagarlas. Los interruptores canales de iones activados por luz en la superficie de la celda que se abren brevemente cuando se activan se encienden fuertemente y luego se apagan rápidamente, todo en aproximadamente 3 milisegundos, por lo que están listospara ser reestimulado hasta 50 o más veces por segundo, de acuerdo con las tasas de disparo normales en la corteza.
Pégard desarrolló el sistema de proyección holográfica utilizando una pantalla de cristal líquido que actúa como un negativo holográfico para esculpir la luz de los láseres de 40 W en el patrón 3D deseado. Los láseres se pulsan en ráfagas de 300 femtosegundos de largo cada microsegundo. Él, Mardinly, Oldenburgy sus colegas publicaron un artículo el año pasado que describe el dispositivo, que llaman 3D-SHOT, para la optogenética holográfica tridimensional sin escaneo con enfoque temporal.
"Esta es la culminación de tecnologías en las que los investigadores han estado trabajando durante un tiempo, pero han sido imposibles de reunir", dijo Mardinly. "Resolvimos numerosos problemas técnicos al mismo tiempo para unir todo y finalmente darnos cuenta de lapotencial de esta tecnología "
A medida que mejoran su tecnología, planean comenzar a capturar patrones reales de actividad en la corteza para aprender a reproducir sensaciones y percepciones para reproducir a través de su sistema holográfico.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Robert Sanders. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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