Investigadores chinos publicaron en la revista Nature el desarrollo de Airscope, un microscopio inalámbrico de apenas 1 gramo que observa más de 8.500 neuronas simultáneamente en ratones. El dispositivo, creado en la Universidad Tsinghua, es 25 veces más potente que sus equivalentes actuales.
BEIJING, 31 oct (Xinhua) — En un hábitat natural en miniatura, edificado en un laboratorio de la Universidad Tsinghua de China, las cabezas de unos ratones han sido equipadas con un microscopio inalámbrico mesoscópico de solo un gramo de peso, lo que permite que los animales se muevan libremente ingresando en las cuevas, subiendo una escalera o pasando por un puente.
En las computadoras cercanas, puntos fluorescentes que representan neuronas se encienden y se apagan parpadeando, mientras los investigadores registran simultáneamente las actividades de miles de neuronas en la corteza cerebral de los ratones.
“Ver” con claridad la regulación que ejercen grandes poblaciones de neuronas del cerebro sobre conductas complejas en el comportamiento natural y colectivo resulta una cuestión fundamental de la neurociencia y también una base importante para comprender la inteligencia y desarrollar interfaces cerebro-computadora.
En respuesta a la demanda, un grupo de científicos chinos ha desarrollado el microscopio inalámbrico mesoscópico más ligero en el mundo hasta la fecha, denominado Airscope. El equipo es capaz de registrar la actividad neuronal de la corteza cerebral de ratones con resolución unicelular dentro de un campo de visión de 6 milímetros, registrando más de 8.500 neuronas simultáneamente en un solo ratón, 25 veces más que los dispositivos existentes equivalentes.
El grupo desarrollador está liderado por Dai Qionghai, investigador de la Academia de Ingeniería de China y profesor de la Universidad Tsinghua, y contó con la colaboración de investigadores de otros institutos. Los logros en el desarrollo de este microscopio fueron publicados recientemente en la revista Nature.
“Casi todos los microscopios miniatura necesitan cables para el suministro de energía y la transmisión de datos, lo que limita el rango de actividad de los animales”, señaló Zhang Yuanlong, profesor adjunto de la Facultad de Ciencias de la Vida de la Universidad Tsinghua.
Para cubrir una extensión mayor de corteza y obtener una resolución más nítida, se necesitan microscopios más pesados, pero el peso adicional dificulta que los animales se muevan libremente, lo que no favorece el estudio de las neuronas y el comportamiento animal en estado natural, añadió el investigador.
Con solo 4 lentes asféricas, Airscope logra una observación con resolución unicelular, es decir, de 4 a 6 micrómetros, en un campo de visión de 6 milímetros, según Wu Jiamin, profesor adjunto de la Facultad de Automatización de la misma universidad.
“Para incluir un campo de visión de 6 milímetros y una resolución unicelular en un dispositivo que pesa solo un gramo, la óptica, la iluminación, la electrónica y la transmisión inalámbrica deben diseñarse de forma conjunta”, afirmó Zhang Yuanlong, y explicó que el equipo utilizó inteligencia artificial para completar el diseño de la lente y comprimió el volumen de datos directamente en el sensor.
Solo así lograron que todo el sistema fuera suficientemente ligero como para no afectar el comportamiento natural de los ratones, permitiendo al mismo tiempo la transmisión inalámbrica de imágenes a nivel de megapíxeles, añadió Zhang.
Gracias a Airscope, el equipo ha llevado a cabo numerosos experimentos que antes eran difíciles de realizar debido a las limitaciones de los cables o el peso del equipo, logrando observar los cambios en las neuronas cerebrales de los ratones mientras realizan diversas exploraciones complejas en un estado natural.
Con el equipo, los científicos chinos han podido registrar simultáneamente la actividad de la corteza cerebral de varios ratones mientras exploraban un hábitat natural de cinco metros cuadrados, y rastrear la exploración autónoma y prolongada de estos animales en un gran laberinto de 32 ramificaciones.
En la actualidad, el equipo está impulsando la industrialización de esta tecnología.
“El Airscope ofrece un mayor grado de libertad de las conductas a la investigación en neurociencia, permitiendo que la observación neuronal a gran escala siga a los animales hacia comportamientos naturales más diversificados, lo que nos ayudará a investigar mejor la cognición y las enfermedades cerebrales”, afirmó Zhang.
A su vez, Dai Qionghai considera que este microscopio ofrece una nueva herramienta para comprender las bases neuronales de la inteligencia, impulsará el desarrollo de las interfaces cerebro-computadora ópticas hacia una detección neuronal más precisa. En el futuro, su aplicación podría extenderse de la neurociencia a campos como la inmunología y la oncología, permitiendo un seguimiento completo del proceso de aparición de las enfermedades. Fin
Contexto para México
Contexto para México: La neurociencia avanza hacia tecnologías que pueden revolucionar el tratamiento de enfermedades del cerebro. Este tipo de investigación básica sienta las bases para futuras aplicaciones médicas en el diagnóstico y tratamiento de padecimientos neurológicos, una área de creciente interés en la medicina latinoamericana donde las enfermedades cerebrovasculares y degenerativas representan importantes desafíos de salud pública.
Con información de la agencia de noticias Xinhua.
