viernes, 4 de abril de 2014

Editorial: "Brain Waves" Nature, 508, 8

La editorial de Nature de esta semana (2 de abril, 2014) menciona el impacto de la gran cantidad de datos en neurociencia y la necesidad por comenzar a integrarlos en teorías explicativas. Adicionalmente se publican dos artículos, en este mismo número, sobre la expresión de genes durante el neurodesarrollo prenatal y la descripción de conexión en detalle de estructuras cerebrales en ratón, respondiendo a los proyectos desarrollados por el Instituto Allen (www.brain-map.org) y a propósito de un año del anuncio del proyecto BRAIN.


Si bien, es conocido por todos el anuncio de grandes proyectos en neurociencia y a esto se le ha denominado "big neuroscience", la falta de un marco teórico que permita soportar algunos de estos grandes hallazgos pareciera que dejan en el limbo estos hallazgos y las especulaciones fantasiosas comienzan su curso.
Pero no es posible esperar tener el conocimiento acabado de la forma y función de la estructura cerebral, debido a múltiples razones. Por mencionar dos. La primera, los avances tecnológicos permiten que la investigación aumente el conocimiento sobre la estructura y función. Segundo, es relativamente reciente el estudio y entendimiento de la constitución del tejido nervioso. Por lo anterior, la construcción de conocimiento en neurociencias lentamente cambia paradigmas biológicos y nos permite una flexibilidad en la integración con explicaciones.

Lo que se espera con estos grandes proyectos es poder constituir un marco teórico y explicativo más amplio y basado en evidencia, así como permear otro tipo de disciplinas que están íntimamente relacionadas con el funcionamiento cerebral.

--César Acevedo-Triana--

sábado, 8 de febrero de 2014

Neuroanatomía molecular: un área derivada de grandes esfuerzos

Dentro de los grandes proyectos en neurociencia como The Human Brain Project (HBP), Blue Brain y BRAIN (Brain Resource And Information Network) se han desarrollado estrategias y mecanismos tecnológicos necesarios para alcanzar los ambiciosos objetivos de entendimiento, comprensión y control del cerebro. Esto quiere decir que junto con los ambiciosos proyectos en cuanto a determinar la estructura y función del cerebro, también ha crecido el desarrollo tecnológico y bioinformático. Dentro de los avances tecnológicos derivados de las técnicas de la anatomía molecular se encuentran los atlas que rastrean la expresión de estos genes. Uno de los más llamativos es el desarrollado por Allen Institute for Brain Science que ha mostrado de forma educativa y amigable la forma de expresión del genoma en el cerebro tanto de ratón como humano (www.brain-map.org).
Figura 1. Tomado de: http://www.extremetech.com/extreme/154756-scientists-grow-a-mouse-brain-that-looks-like-a-humans

Uno de los campos derivados inicialmente y que han surgido hoy en día con objetivos propios es la neuroanatomía molecular. Ésta se ha definido como un campo que intenta determinar la expresión de los genes que funcionan o se activan en determinadas áreas cerebrales (Polock, Wu & Satterle, 2014). Esto, ha llevado a que los avances en técnicas genéticas permitan un avance en los métodos para manipular y entender las estructuras cerebrales utilizando principalmente modelos animales.

Figura 2. Tomado de Hager et al., 2012. Mouse brain sketch highlighting the analysed brain parts.(a) For each of the brain parts and body weight we show the corresponding genome scan with peaks identifying main loci, their location and chromosome number. Where individual peaks are shown, the red lines denote genome-wide significance and the grey line is the suggestive threshold. (b) The quantitative trait locus cluster maps provide a global whole-genome summary of mapping results for all key traits in the form of colour-coded horizontal bands—one per trait, extending from proximal chromosome 1 to distal chromosome X. Regions of more intense colour correspond to linkage peaks and the colours also encode whether the B allele (blue) or the D allele (red) contributes to large weight and volume. Body, body weight; BLA, basolateral complex; brain, overall brain weight; CB, cerebellum; CX, cortex; HP, hippocampus; LGN, lateral geniculate nucleus; OB, olfactory bulb; STR, striatum.

Aproximaciones como la neuroanatomía molecular parten de la base de que las células neuronales expresan una gran cantidad del genoma de los individuos. De hecho, se ha encontrado que las neuronas y en general las células del tejido cerebral expresan un alto porcentaje de todo el genoma de los individuos (Polock et al., 2014). Esta característica presenta dos problemas: el primero es que no es posible determinar fácilmente patrones de expresión de genes entre las áreas y segundo que los métodos de manipulación genética suelen estar limitados a unos pocos genes cuando se realizan técnicas de "ingeniería genética".

Aparte de estos problemas, y algunos otros en cuanto a las técnicas utilizadas en anatomía molecular, se encuentra que el gran aporte de esta nueva área es poder integrar dos niveles de análisis para explicar fenómenos de tipo anatómico y de tipo funcional. Es decir, las áreas cerebrales que cumplen alguna función específica deberán tener patrones de expresión similares para poder tener una equivalencia en cuanto a la identidad fisiológica. Aunque esta idea ha sido parcialmente evidenciada con técnicas de neuroanatomía molecular (como por ejemplo, atlas cerebrales, animales manipulados genéticamente y técnicas de control de circuitos a partir de estimulación externa), también se ha encontrado que las áreas generalmente responden de una forma homogénea a los cambios genéticos que se generan en un determinado sitio.

Otro punto a favor de los estudios en neuroanatomía molecular está dado por lo modelos biológicos que utilizan. Así, y como desde hace muchos años se reconoce en cuanto a la similitud genética de las especies, los sujetos utilizados en los estudios de neuroanatomía molecular muestran no solo genes similares, sino patrones de expresión similares entre diferentes especies para algunas funciones o expresión de proteínas, receptores y sustancias neuronales. Cabe señalar que a pesar de estas similitudes también se reportan diferencias propias del desarrollo ontogenético de cada especie que señalarían una marca filogenética resultado del proceso de evolución (Zeng et al., 2012).

Así, se ha encontrado en un estudio en el que los autores intentan comparar la expresión de genes de la corteza visual y temporal entre ratón y humano que existe un muy alto porcentaje (70% aproximadamente) de similitudes en los genes de expresión en estas áreas (ver Figura 3). De la misma forma los autores encuentran una variación en algunos genes que podrían corresponder a diferencias de especie o diferencias individuales entre los individuos. Ésta última explicación sería acorde a los estudios de conectómica que señalan que si bien la forma esencial de comunicación entre las áreas es la misma, la variación en la estructura cerebral podría corresponder a un patrón de conexión determinado por la experiencia y relación con el ambiente. 

Figura 3. Tomada de Zhen et al., 2012. Cross-species comparison in both visual (vis) and temporal (te) cortices. The pie chart shows the number and percentage of genes (out of 611 total) with human-mouse expression difference (level or pattern combined) in either visual or temporal comparisons.
Estos proyectos de conectómica se enmarcan dentro de grandes esfuerzos por determinar los patrones de conexión que subyacen al desarrollo. En el caso de los humanos el NIH Neuroscience Blueprint Human Connectome Project tiene como propósito determinar la conección de estructuras cerebrales en 1200 adultos, haciendo uso de herramientas genéticas, comportamentales y de neuroimagen. Otros proyectos complementarios, con una visión comparada, intentan dar una explicación más completa de nuestro desarrollo y evolución. Así, el Brain Architectura Project, the iConnectome y Allen Mouse Brain Connectivity Atlas utilizan en modelos animales marcadores anterógrados y retrógrados, adenovirus y grandes dispositivos en microscopía e ingeniería genética que intenta determinar también patrones de conexión (Pollock et al., 2014).

En el caso de los humanos ha sido importante encontrar que la expresión de genes se relacionan de forma consistente con funciones previamente conocidas. Es decir, al relacionar genes determinados con la expresión de neurotransmisores por ejemplo, se encuentra que éstos se expresan en los sitios que se habían identificado por medio de otro tipo de técnicas tradicionalmente. Este método permite hacer validación metodológica de técnicas de citoarquitectura anteriores.

Figura 4. Tomado de: www.sistemanervoso.com
Este campo de neuroanatomía molecular ha cambiado el carácter de centralidad en las células (neuronas y glía) y se ha volcado sobre el entendimiento molecular como un nivel de análisis necesario para comprender la estructura y funcionamiento cerebral. No es de sorprender que estos estudios traigan consigo nuevas preguntas y desafíos, pues es éste el seguir de la ciencia. Siguiendo a Pollock (2014), dentro de las preguntas a responder en los próximos años con la ayuda de esas nuevas herramientas (optogenética, conectómica, imágenes cerebrales, ingeniería genética, control de circuitos) serán: ¿es posible identificar tipos de células con base en su conexión y su perfil genético?¿qué impacto tienen en el funcionamiento?¿podemos activar genes (que de hecho si se puede) para modificar una función celular?¿es la tecnología nanomolecular más importante que las técnicas tradicionales para entender la estructura?

--César Acevedo-Triana--

Referencias

ResearchBlogging.org
Hager, R., Lu, L., Rosen, G. D.,  & Williams, R. W. (2012). Genetic architecture supports mosaic brain evolution and independent brain body size regulation Nature Communications, 37 (1079) DOI: 10.1038/ncomms2086

Pollock, J., Wu, D-Y., & Satterlee, J. S. (2014). Molecular neuroanatomy: a generation of progress. Trends in Neuroscience, 37 (2), 106-123 DOI: 10.1016/j.tins.2013.11.001 

Zeng, H., Shen, E. H., Hohmann, J. G., Oh, S. W., Bernard, A., Royall, J. J., & Jones, A. R. (2012). Large-scale cellular-resolution gene profiling in human neocortex reveals species-specific molecular signatures Cell, 149 (2) DOI: 10.1016/j.cell.2012.02.052



martes, 7 de enero de 2014

Contar historias o hechos: quién se beneficia y quién se perjudica

En el número de noviembre y octubre de 2013 la revista Nature Methods ha surgido un debate que ha sido latente entre comunidades científicas y comunidad no científica. Es difícil mantener una división en este sentido (científico versus no científico), pero por propósitos ilustrativos vamos a suponer que la comunidad científica hace referencia a aquellos individuos que trabajan haciendo ciencia (con esto quiero señalar a cualquier científico en cualquier campo, aunque no es tan evidente ni real partiré de la base que utiliza el método científico en su trabajo y con esto se convierte en científico). Ahora bien, la comunidad no científica hace referencia al público que no trabaja en el campo "científico" específico, pero que podría ser científico en otro campo. Esta complicada y confusa división la realizo para ilustrar la disputa entorno a la comunicación de resultados científicos a una comunidad de no expertos .

El debate consiste en preguntarse ¿deberían los científicos transmitir sus resultados tal cual como son obtenidos, aunque sean incomprensibles y estériles a una comunidad no experta (o no científica)? o ¿debería utilizar recursos "literarios" como si fueran narradores de historias para que el público no experto comprenda estos resultados?. Respuestas impulsivas en cualquiera de las dos preguntas pueden tener implicaciones difíciles de sostener y perjuicios a largo plazo. Más aun, podría haber una tercera opción, que personas diferentes a los científicos, periodistas por ejemplo, comunicaran los resultados de los científicos (una práctica común pero que termina generalmente en una distorsión de la información). Permítanme presentar cada uno de los panoramas.

El primer panorama es en el cual los científicos transmiten sus resultados tal como son obtenidos y sin delimitar y acotar sus implicaciones. Voy a utilizar un estudio reciente y que podría sugerir varias implicaciones. El estudio que utilizaré apareció en la revista Molecular Psychiatry y lleva por título: "Discovery and validation of blood biomarkers for suicidality" (Le-Niculescu, et al., 2013). En este estudio un gran equipo de autores estudiaron cuatro grupos (3 de estos grupos habían sido diagnosticados con enfermedades mentales -dos grupo de trastorno bipolar y uno de esquizofrenia y 1 grupo postmortem). Se realizó una escala sobre depresión que contiene una subescala sobre ideas suicidas en los grupos de EM y se realizó una relación entre la expresión genética y las puntuaciones altas de la escala de ideas suicidas. Finalmente se comparó la expresión de genes de cerebros postmortem. Los investigadores concluyen su estudio con varios genes (biomarcadores) que podría constituir un factor de riesgo alto y bajo para conductas suicidas (no explicaré en detalle este estudio ya que espero exponerlo en un post aparte). Supongamos que alguno de estos investigadores es invitado a una charla con personas de todas las edades para contar su estudio. Probablemente en este escenario el científico se centre en los métodos estadísticos y experimentales que validen como es posible que compare grupos de personas con diferentes trastornos, diferentes tratamientos y cerebros de personas fallecidas. Al no tener la población un conocimiento homogéneo sobre los métodos experimentales para el entendimiento del método el estudio podría crear la falsa sensación de causalidad, ya que los datos reportados son correlaciones que si bien muestran posibles relaciones no implican causalidad. El problema de esta primera visión está en suponer que la divulgación de los resultados supone un nivel de conocimientos necesarios que no siempre se logran en una población de forma homogénea.

Fig 2. Convergent Functional Genomics approach for identification and prioritization of genomic biomarkers for suicidality. Tomado de: Le-Niculescu, et al., 2013
El segundo panorama, con el mismo estudio, sería intentar explicar cómo es posible que una enfermedad mental y mediante ejemplos e historias fáciles de digerir tratar de centrarse en la explicación de la enfermedad mental y la relación con biomarcadores, qué se constituye en biomarcador y como esto se relaciona con la conducta suicida. En este punto probablemente la sensación del público sea más alentadora y se crea que el estudio se ha comprendido mediante los ejemplos e historias utilizadas por el científico para tratar de ilustrar y presentar el estudio. Sin embargo, el problema de los métodos experimentales, estadísticos o de comprensión de las limitaciones de las características que se expresan y la complejidad de la conducta no sea solucionado y mucho menos pueda identificarse. Este tipo de posición fácilmente podría distorsionar los resultados, en tanto, los ejemplos e historias son únicamente recursos pedagógicos, pero que fácilmente podrían sobredimensionarse o distorsionarse. Creo que en este punto fácilmente al perder el rigor científico y la utilización de conceptos y herramientas de crítica lleven a distorsionar los resultados y las implicaciones. En el intento por facilitar los resultados para que la comunidad no científica "entienda" la investigación se pueden perder los límites y la particularidad de los estudios, generando falsas expectativas.

El tercer y último panorama es en el que una persona ajena a la investigación y que no tiene la formación suficiente para interpretar los resultados, termina intentando explicar el estudio. En este caso es la forma como algunos medios de comunicación divulgan la noticia de marcadores para el suicidio y cómo es posible identificar estas conductas antes de que ocurran para prevenir suicidios -esta conclusión que de hecho es expuesta de forma algo irresponsable por los investigadores; aunque me atrevería a pensar en una utilización a propósito de la afirmación como una forma de aumentar el impacto del artículo sobre los revisores y editores de la revista; no olvidemos que es una revista del Q1 en Scopus-. Es difícil que una vez que la noticia ha sido difundida se pueda explicar en detalle que algunas de las afirmaciones llamativas del estudio son en realidad hipótesis que podrían derivarse del mismo pero que carecen de evidencia. Considero que este tipo de divulgación es incluso más peligrosa ya que ya no son los científicos sino sus intérpretes quienes presentan los resultados con una mirada diferente y que suene atractiva. Estoy de acuerdo con Gutierrez & Rodríguez (2012) cuando afirman que el científico tiene una responsabilidad social en la difusión de su conocimiento y que es el sistema educativo el que debería proveer a los individuos las herramientas necesarias para la comprensión de los hallazgos científicos, pero no estoy de acuerdo en afirmar que sean los periodistas en el método híbrido quienes se encarguen de esta difusión, tampoco estoy de acuerdo con que el lenguaje deba ser diferente al utilizado ya que esto sugiere una pérdida de rigurosidad y tendría las limitaciones del segundo panorama que presenté.

Desde mi punto de vista considero que la opción viable es la primera en donde el científico trnasmita sus resultados, mostrando las limitaciones e intentando aumentar la cantidad de información (sin perder la rigurosidad ni tomando figuras que pueden distorsionarse fácilmente) que sea necesaria para el entendimiento de los resultados. En este caso la responsabilidad de difusión aumenta y el complemento de esta vía deberá estar acompañada por un cambio en los sistemas educativos, de lo que denominan Vadillo y Matute, el pensamiento crítico, y que consiste en la evaluación crítica de los métodos de evidencia, mientras que no se de una educación que permita el entendimiento de métodos de investigación no será fácil la difusión y entendimiento de las investigaciones científicas.

--César Acevedo-Triana--

Referencias

ResearchBlogging.org
Editorial (2013). Should scientists tell stories? Nature Methods, 10 (11), 1037-1037 DOI: 10.1038/nmeth.2726

Gutiérrez, M. F., & Rodríguez, J. A. (2012). Científicos y periodistas en la divulgación de la ciencia. Un problema de responsabilidad social Revista Colombiana de Bioética, 7 (2), 35-44.
 H Le-Niculescu, D F Levey, M Ayalew, L Palmer, L M Gavrin, N Jain, E Winiger, S Bhosrekar, G Shankar, M Radel, E Bellanger, H Duckworth, K Olesek, J Vergo, R Schweitzer, M Yard, A Ballew, A Shekhar, G E Sandusky, N J Schork, S M Kurian, D R Salomon, & A B Niculescu III (2013). Discovery and validation of blood biomarkers for suicidality Molecular Psychiatry, 18, 1249-1264 DOI: 10.1038/mp.2013.95

Katz Y (2013). Against storytelling of scientific results. Nature Methods, 10 (11) PMID: 24173378

Krzywinski M, & Cairo A (2013). Reply to: "against storytelling of scientific results". Nature Methods, 10 (11) PMID: 24173379

domingo, 17 de noviembre de 2013

Especial Nature Methods sobre mapeo cerebral

Hace unos años para el boletín del Colegio Colombiano de Neurociencias (COLNE) escribía una sección sobre tecnología. Y en uno de los números escribí un texto sobre "Atlas Cerebrales" en donde intentaba mostrar algunos mapas que habían sido construidos para fomentar el estudio y entendimiento de diferentes aspectos del cerebro, tanto en modelos animales como en humanos. Dentro de los mapas descritos se encontraba el realizado por el instituto Allen para ratón y humano. Han pasado varios años y es impresionante el avance y las ventajas que han ofrecido para el mundo el instituto Allen. He tenido la oportunidad de seguir varias de sus publicaciones y he incorporado algunas de sus herramientas en los contenidos de clase para el estudio de anatomía y genética.

Tomado del Boletín del COLNE, Vol 2, No 1, 2011 - Aquí se puede consultar el artículo completo
En esta oportunidad la prestigiosa revista Nature Methods ha dedicado un número especial (junio 2013) sobre técnicas de mapeo cerebral, recogiendo y explorando algunas de las herramientas que intentaba exponer en mi artículo. Como se señala en la editorial de este número (Pastrana, 2013); el objetivo de las técnicas de mapeo cerebral es, en general, entender diferentes componentes de la estructura o función cerebral. Son tan amplias y rápidas las modificaciones tecnológicas realizadas para este propósito que tenemos desde técnicas ópticas y moleculares, hasta registro de actividad cerebral en tiempo real y cerebros transparentes, pero es únicamente bajo la cooperación de matemáticos, físicos, estadistas, químicos y demás profesionales de la ciencia básica que es posible desarrollar más y mejores técnicas para registrar el funcionamiento y la estructura cerebral.

La primera anotación técnica se realiza al trabajo desarrollado por Joshua Sanes & Jeff W. Lichtman y denominado "Brainbow"; en el cual las neuronas individuales son etiquetadas por un color distinto,utilizando animales transgénicos con el sistema de recombinación genética Cre-LoxP, en el que se expresan diferentes proteínas fluorescentes, para determinar las prolongaciones y conexiones a grandes distancias (Center for Brain Science - Harvard). Es una de las técnicas que se utiliza en el movimiento denominado "Conectómica" que pretende determinar en detalle la forma como diferentes componentes del cerebro está conectado.También se relaciona la participación de Sanes en el proyecto BRAIN (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies) financiado por el gobierno de Estados Unidos y que pretende "mapear los patrones de actividad cerebral en miles de neuronas conectadas en circuitos que subyacen al comportamiento" (Marx, 2013, p. 449). En este proyecto la técnica Brainbow podría ayudar a los primeros intentos por determinar patrones de conexión entre diferentes especies y en cerebros completos.

Imagen 1: Dentate Gyrus.
tomada de Center for Brain Science - Harvard University 
Posteriormente en el artículo de Bargmann & Marder (2013) se hace una comparación en la estructura y dinámica de circuitos neuronales en invertebrados y vertebrados mostrando un paralelo biológico y una dinámica biológica común. A partir de información de estudios electrofisiológicos y de microscopia electrónica se han rastreado los patrones de conectividad e interacciones en invertebrados desde hace varios años. La identificación de tipos de neuronas, tipos de sinapsis (químicas o eléctricas) o ritmos de activación pueden predecir con gran precisión la fuerza e importancia de diferentes conexiones. Sin embargo, a pesar del avance en técnicas en la detección de actividad sináptica (medición de calcio, voltaje y liberación sináptica) poco se tiene para la medición de conexiones eléctricas (gap junctions) y menos aún para la influencia de los actores como moduladores sobre la influencia directa en la actividad de neuronas o circuitos, frecuencia o patrones motores generados. Finalmente, esta muy distante la descripción de conexión en partes complejas y completas de cerebros grandes, haciendo necesaria la creación de laboratorios con capacidades inmensas y no como los laboratorios convencionales que conocemos.

Imagen tomada de Bargmann & Marder (2013). The conectoma de C. elegans mostrando las 302 neuronas y su sinapsis químicas pero no gap junctions. En la imagen los círculos rojos son neuronas sensoriales, los círculos azules son interneuronas y los círculos verdes son neuronas motoras.
En el siguiente texto de O. Sporn (2013) se realiza un comentario sobre diferencia entre los mapas generados por de conectiviad (conectómica) y los mapas de patrones dinámicos de conectividad funcional y la necesidad de desarrollar nuevas estrategias para el análisis y modelado de datos cerebrales. Estas estrategias dependerán del desarrollo de técnicas a nivel computacional e incluso teóricas para poder comprender estructura y función. Estas técnicas para poder identificar la estructura neural deben estar soportadas en un gran interés por identificar componentes biológicos de células que al parecer son particularmente especiales. Así, Morgan & Lichtman (2013) señalan características especiales de las neuronas con respecto a otros tejidos, como: 1. el cerebro tiene más tipos de células que cualquier otro órgano; 2. el patrón de conectividad es geométricamente muy complejo lo que repercute en la forma en cómo se comunica y actúa sobre otros órganos; 3. estos contactos especiales permiten comunicaciones bidireccionales, particulares en el cerebro; 4. la comunicación particular entre la información genética y expresión de la misma a partir de la interacción con el ambiente.

A pesar de estas características particulares han surgido fuertes críticas al proceso de conectómica que son respondidas por Morgan & Lichtman (2013), por ejemplo, una de las críticas más fuertes se basa en que la identificación de propiedades estructurales en algunos individuos tiene poca generabilidad en virtud de la variabilidad de estructura entre individuos; el disparo e integración de respuestas neuronales está determinado por la cantidad de receptores y la modificación de propiedades fisiológicas en las células. Esta característica varía entre células y entre individuos lo que haría un proceso de conectómica inviable de generalizar. Estas y otras críticas son discutidas a profundidad. Los autores finalizan su texto proponiendo que es viable y necesario el desarrollo de mapas de conexión básicamente porque los métodos tradicionales de análisis de sinapsis uno a uno no dan cuenta del proceso complejo que subyace al comportamiento, es necesario conocer en detalle la conformación del cerebro de forma que soporte los hallazgos en campos más específicos y es probable que durante el proceso se detecten características no conocidas de funcionamiento, lo que podría repercutir en áreas diferentes a la neurociencia.

Quizás uno de los artículos más interesantes del especial es el escrito por Chung & Deisseroth (2013) describiendo su técnica de CLARITY. Esta técnica consiste en crear una estructura de hidrogel que permite una fijación dentro del tejido para luego remover los lípidos de las células sin alterar mecánicamente el tejido. Está técnica crea entonces una estructura híbrida estable que permite cambiar la forma de estudiar la conexión cerebral y pasar de tajadas cerebrales con técnicas de microscopía tradicional a una técnica que permite estudiar el cerebro completo con técnicas moleculares complementarias.

Imagen tomada de: Chung & Deisseroth (2013). CLARITY for mapping the nervous system. Detalle del proceso de creación de la estructura híbrida de hidrogel.
A propósito de la técnica de CLARITY se produjo y difundió hace algunos meses un video (Nature Methods) que muestra lo vistoso de la técnica y su posible potencial al cambiar un paradigma que incluso recuerda los estudios pioneros y fundamentales de Santiago Ramón y Cajal.


Finalmente, hay otros artículos que muestran varios proyectos que intentan determinar la estructura y conectividad de diferentes especies, en donde el Allen Institute promete un gran avance en este campo por sus hallazgos y sus proyectos a futuro, como lo menciona Osten & Margrie (2013). Esta es una lectura obligada si el interés es tener un amplio espectro de técnicas, limitaciones y potencialidades de los estudios para el mapeo cerebral

--César Acevedo-Triana--

Referencias
ResearchBlogging.org




Cai, D., Cohen, K. B., Luo, T., Lichtman, J. W., & Sanes, J. R. (2013). Improved tools for the Brainbow toolbox Nature Methods, 10 (6), 540-547 DOI: 10.1038/nmeth.2450

Chung K, & Deisseroth K (2013). CLARITY for mapping the nervous system. Nature Methods, 10 (6), 508-513 PMID: 23722210

Bargmann, C. I., & Marder, E. (2013). From the connectome to brain function Nature Methods, 10 (6), 483-490 DOI: 10.1038/nmeth.2451

Morgan, J. L., & Lichtman, J. W. (2013). Why not connectomics? Nature Methods, 10 (6), 494-500 DOI: 10.1038/nmeth.2480

Osten P, & Margrie TW (2013). Mapping brain circuitry with a light microscope. Nature Methods, 10 (6), 515-523 PMID: 23722211

Pastrana, E. (2013). Focus on Mapping the Brain Nature Methods, 10 (6) DOI: 10.1038/nmeth.2509

Sporns, O. (2013). Making sense of brain network data Nature Methods, 10 (6), 491-493 DOI: 10.1038/nmeth.2485



domingo, 20 de octubre de 2013

"Conectómica" un movimiento que no se puede limitar al cerebro

Tabla de Contenido - October 2013
En el número de octubre de la revista Neuroinformatics (Volumen 11, issue 4, 2013) la editorial está dedicada a la exposición de varios proyectos en neurociencia para poder unificar una cantidad importante de conocimientos. Dentro de los grandes proyectos generados en los últimos años (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies BRAIN por US y Human Brain Project - HBP por la comunidad europea) se han agrupado una serie de iniciativas que intentan determinar de forma muy precisa aspectos del funcionamiento cerebral que permita entender un funcionamiento normal y patológico.

Parte de estos esfuerzos se centran en reunir una cantidad importante de estudios y experimentos que han sido generados de forma aislada. Cuando se estudia el cerebro en diferentes niveles de análisis (genético, molecular, celular, anatómico, de función) es necesario generar mecanismos para sintetizar y reunir la gran cantidad de esfuerzo y articulación que se debe existir para que estos estudios sean coherentes y contribuyan de forma importante en el entendimiento cerebral.

Esta integración que deberá terminar con explicaciones coherentes plantea desafíos a nivel de desarrollos informáticos que puedan albergar y manejar una cantidad de información a nivel tecnológico nunca antes planteada. Por lo tanto, los esfuerzos en generar el ambiente tecnológico e informático propicio puede abarcar gran parte de todo el proyecto.

Adicionalmente, los movimientos académicos que intentan explicar la forma como está conectado el cerebro, desde imágenes hasta cerebros transparentes, han mostrado importancia de entender el fenómeno de conexión y han involucrado múltiples universidades, institutos, consorcios y han reunido muchos años de trabajo. Así, no es posible que cada uno de estos actores reclame para sí la totalidad de conexión cerebral, sino que, deberá estar en "conexión" con otros institutos/universidades/laboratorios para poder entender y dar sentido a un esfuerzo propio. En este sentido, la conexión estudiada no puede tener sentido sino hay una red (conexión) entre estos esfuerzos.

Parte de la evidencia son los proyectos, plataformas y diversas redes de conocimiento (NeuroLex, por ejemplo) en torno únicamente a poder unificar la forma de producir, entender y generar el conocimiento. Esto hace referencia a otro nivel de conexión, es decir, que la forma de establecer y producir los resultados sea acorde a una red semántica estandarizada que permita unificar y producir un tipo de conocimiento funcional.

Estos movimientos para generar redes de esfuerzo conjunto, propuestas coherentes y estandarización en la producción de conocimiento son una evidencia de que el estudio de "conectómica" no puede limitarse al estudio cerebral sino que por el contrario deben estar soportados en una comunidad conectada académica, tecnológica y socialmente.

--César Acevedo-Triana--

Referencias

ResearchBlogging.org Maryann E. Martone, & Giorgio A. Ascoli (2013). Connecting Connectomes Neuroinformatics, 11 (4), 389-392. DOI: 10.1007/s12021-013-9207-0


lunes, 30 de septiembre de 2013

"Enfermedades mentales" un campo no aislado con urgencia de evidencia

El campo de las denominadas "enfermedades mentales" ha sido un fenómeno que han reclamado varias disciplinas al tiempo, generando tratamientos y respuestas paralelas, en muchos casos excluyentes y bajo paradigmas teóricos aislados. Dentro de las disciplinas a las que pertenezco (psicología y neurociencia) he propuesto que la investigación y el conocimiento que se genera no puede obedecer a un criterio administrativo o social, desconociendo que la organización de la naturaleza y los fenómenos mismos son independientes de la construcción que hacemos otorgando objetos de estudios limitados y excluyentes a las disciplinas. Contrario a esto, considero que, independiente de la disciplina a la que se pertenece, es posible realizar una investigación pertinente aun cuando aparentemente se escape del alcance tradicional del área. El tema al que me refiero es el que se denomina "enfermedades mentales".

Van Gogh Self-Portrait with Straw Hat 1887-Metropolitan
Dentro del área de la psicología clínica y de salud hay una gran investigación y desarrollo desde hace más de 60 años en cuanto a diferentes tipos de psicoterapia -sin entrar a distinguir entre escuelas de pensamiento-. Este desarrollo académico ha obedecido a múltiples factores, por mencionar dos, podrían ser: 1. El reconocimiento de que la salud "mental" escapa al tratamiento tradicional de la medicina y 2. Porque los problemas "mentales" tienen repercusiones en el comportamiento de los individuos y esto se encuentra en un campo de psicología tradicional. Pero, uno de los problemas de estas técnicas de psicoterapia es que han desconocido avances importantes que son de áreas diferentes pero que añaden elementos y causas para las explicaciones a los fenómenos. Entiendo que una parte importante de este desconocimiento obedece a dinámicas económicas o políticas que escapan al alcance académico -y este no es el objetivo de este post-.

Volviendo al campo de las "enfermedades mentales" (EM) la medicina y específicamente la psiquiatría también ha reclamado como propio el tratamiento y explicación de estos fenómenos. A diferencia de la psicología, y creo saber porqué, la medicina ha modificado parte de su explicación y tratamiento con base en evidencia y explicaciones de áreas diferentes a la propia medicina. A propósito de este proceso, Walter (2013) propone una división de paradigma en la explicación de las EM. El primer paradigma, o la primera ola; como lo denomina Walter (2013), obedeció a la identificación de las EM en relación con el sistema nervioso en la segunda mitad del siglo XIX y surge como una oposición a visiones moralistas y somáticas tradicionales en estas explicaciones. Dentro de las apuestas más importantes de esta visión se encuentra la experimentación con humanos y animales como una base importante en la explicación (Walter, 2013).



La segunda ola se generó en la segunda mitad del siglo XX y estuvo influenciada ampliamente por el descubrimiento de los aspectos genéticos de las enfermedades mentales y la efectividad de los medicamentos en tratar varios síntomas de estas EM. Dos aspectos a señalar de este paradigma. El primero, hoy en día todavía se utiliza de forma amplia el uso de medicamentos para explicar y tratar las EM y el apoyo en evidencia empírica es inmenso y ha dado origen a medicamentos y explicaciones más complejas. El segundo aspecto es o son los movimientos en contra de estas explicaciones quizás como reacción de índole social o cultural (el uso de acupuntura, por ejemplo) pero que con los estudios de meta-análisis (una metodología para medir el efecto del tamaño de los estudios) se ha podido establecer el impacto y efectividad en los estudios de neurofarmacología.

La tercera parte en la conceptualización de las EM está enmarcada por la fundación de lo que hoy en día se conoce como la Psiquiatría Molecular, representada en la publicación de Molecular Psychiatry Journal en 1997, reconociéndose hoy en día como una publicación de primer cuartil en el campo de la Genética, Bioquímica y Biología Molecular. Esta publicación representa el fenómeno generado a partir del uso de fármacos en el tratamiento de EM, llevando a entender que estos medicamentos tienen efectos más directos a nivel molecular que a nivel sináptico. Un segundo aspecto fundamental en el cambio de paradigma está dado por el desarrollo de técnicas para mediar la actividad cerebral relacionada con fenómenos psicológicos. Puntualmente, el desarrollo de las imágenes de resonancia magnética funcional (IRMf) publicados hace más de veinte años ha dado origen a una forma de "re-descubrir" o comprobar la fenomenología de la experiencia psicológica (Walter, 2013). En este punto, los nuevos métodos que integran varios niveles de análisis (molecular, genético, epigenético, celular, fisiológico, de imagenología y comportamental) son el centro de los estudios y son el entendimiento que los resultados psicológicos no pueden ser exclusivos de un único nivel de análisis.

Cover Molecular Psychiatry Journal - Nature Publishing Group

El problema en la conceptualización de las EM ha pasado a ser un acuerdo en un círculo de investigadores más que la reunión de los estudios que alimentan o no las teorías. El cuerpo de evidencia que se ha generado a la par con el desarrollo tecnológico deberán aportar criterios para la reformulación de las categorías diagnósticas. Esta empresa, inmensa por la cantidad de evidencia pero necesaria, deberá reunir a profesionales de diferentes áreas (psicólogos, genetistas, biólogos, psiquiatras, farmacólogos, entre otros) para garantizar la evidencia acorde a los diferentes tipos de análisis. Por el contrario, la clasificación de trastornos sin tener en cuenta las bases biológicas y de tratamiento puede ser una equivocación en el campo de las EM. Hoy en día, la evidencia metodológica y experimental en las EM debería prevalecer sobre otros criterios menos empíricos y más de acuerdo social.

--César Acevedo-Triana--

Referencias

ResearchBlogging.org Walter, H. (2013). The third wave of biological psychiatry Frontiers in Psychology, 4, 1-8. doi: 10.3389/fpsyg.2013.00582

martes, 20 de agosto de 2013

Oxitocina y reconocimiento emocional

Esta segunda semana de agosto, la revista Neuropsychopharmacology publicó un meta-análisis de la influencia de la administración crónica de oxitocina intranasal sobre el reconocimiento emocional en estudios aleatorios de casos y controles (Shahrestani, Kemp & Guastella, 2013).

Existe un amplio interés en los estudios experimentales con oxitocina porque constituyen uno de los pilares de investigación básica sobre comportamientos sociales que son explicados por cambios neuroquímicos. Además ha sido uno de los fenómenos que soportan parte del trabajo de neurofilosofía de Patricia Churchland (Churchland, 2008; Churchland & Winkielman, 2012; McCullough et al., 2013). Pero más allá de esto, ´podría señalarse al estudio de la oxitocina como un buen ejemplo de los estudios básicos con implicaciones directas en el campo aplicado y más en el mundo social.

Cormier, Z. (2013). Gene switches make prairie voles fall in love . Nature, doi:10.1038/nature.2013.13112

Desde hace varios años han aparecido reportes sobre el efecto de la oxitocina (OT) administrada intranasalmente sobre algunas conductas sociales. Por ejemplo, en un estudio ya clásico Kosfeld et al. (2005) muestran que la administración de OT en personas sometidas a un juego económico puede aumentar los niveles de "confianza" de los participantes. En modelos animales de "fidelidad" el uso de los roedores Microtus ochrogaster  ha mostrado que la OT es fundamental para el establecimiento de una pareja estable -i.e. monogamia social- (pareja estable emocionalmente pero quizás no sexualmente, como lo señala Pere Estupinya en esta entrada) (Churchland, 2008). Pero cabe señalar que el estudio sobre los efectos de la OT y su relación con conductas sociales (y particularmente prosociales) no siempre ha arrojado resultados positivos (una entrada sobre esta afirmación "oxitocina"). Es más, se ha señalado que depende de la persona y el contexto en el cual se evalúa lo que determina la relación e incluso el papel causal de la OT sobre la conducta completa de los organismos.

Pues bien, en el estudio de Shahrestani, et al. (2013) los resultados de meta-análisis señalan que la administración aguda de OT tiene una incidencia sobre el reconocimiento de expresiones emocionales; en particular emociones de felicidad y miedo. Vale la pena resaltar dos aspectos del artículo, y de allí la razón de este post. Primero la cantidad de artículos utilizados: pasó de 2115 estudios seleccionados para revisar a 7 estudios que conformaron la muestra final. De estos 7 estudios la población final fue de 381 personas que se constituyen en una muestra importante si se tiene en cuenta la característica de ser estudios experimentales humanos con administración intranasal de OT como VI. La razón para esta disminución tan drástica en los estudios obedeció a dos factores. En primer lugar, una gran variabilidad en los métodos experimentales, sugiriendo una dificultad metodológica sobre los mismos. Y en segundo lugar, el que los pacientes no tuvieran una condición "anormal" nuevamente resaltando la validez del estudio realizado únicamente con personas "normales".

Shahrestani et al., 2013

La segunda característica interesante e importante del estudio es el tamaño del efecto bajo reportado entre los estudios. Esta característica muestra que la relación entre OT y reconocimiento emocional no es un fenómeno completamente causal y que pueda extrapolarse a explicar fenómenos de alta complejidad social como la monogamia o la confianza. De hecho, lo que sugiere el estudio es si un papel de la OT en el reconocimiento de expresiones emocionales (un ejemplo de la psicobiología basada en evidencia) pero no sobre todas las emociones y menos aún en diferentes ámbitos metodológicos. Por lo tanto, los autores señalan unas recomendaciones que creo facilitarían desarrollar estudios de meta-análisis con mayor poder estadístico y menos error de medición. Estas recomendaciones van desde la medición de todas las expresiones emocionales hasta el tiempo de exposición a los estímulos y la utilización de estímulos estándar (Shahrestani et al., 2013). Creo que esta recomendación aplica a casi todos los estudios de fenómenos psicológicos.

Finalmente y sin ánimo de descartar las teorías sobre el papel causal de la OT sobre fenómenos sociales, considero que los resultados de este tipo de investigaciones metodológicas podrían apoyar en parte, algunos de los postulados de las teorías, pero no se constituyen en la única evidencia de las mismas. Por lo que, solamente, una investigación rigurosa, desde aspectos metodológicos y teóricos, es necesaria antes de aceptar las conclusiones derivadas de estudios más complejos. Y, por supuesto que estoy de acuerdo con P. Churchland (2008) al afirmar que existe un impacto directo de estos estudios básicos sobre los conceptos teóricos tradicionales de la filosofía y psicología, que desafortunadamente no son tenidos en cuenta y en la mayoría de los casos desestimados y desconocidos, no por ignorancia sino por negligencia. Esto ultimo resalta la idea de Bunge de que deben ser los científicos una forma de filósofos capaces de educar a los filósofos no científicos.

--César Acevedo-Triana--

Referencias
ResearchBlogging.org






Churchland, P. & Winkielman, P. (2012). Modulating social behavior with oxytocin: How does it work? What does it mean? Hormones and Behavior, 61 (3) DOI: 10.1016/j.yhbeh.2011.12.003

Churchland, P. (2008). The Impact of Neuroscience on Philosophy. Neuron, 60 (3), 409-411 DOI: 10.1016/j.neuron.2008.10.023 

Kosfeld, M., Heinrichs, M., Zak, P., Fischbacher, U. & Fehr, E. (2005). Oxytocin increases trust in humans. Nature, 435 (7042), 673-676 DOI: 10.1038/nature03701

McCullough, M. Churchland, P. & Mendez, A. J. (2013). Problems with measuring peripheral oxytocin: Can the data on oxytocin and human behavior be trusted?. Neuroscience & Biobehavioral Reviews,, 37 (8), 1482-1492 DOI: 10.1016/j.neubiorev.2013.04.018

Shahrestani, S., Kemp, A. H. & Guastella, A. J. (2013). The Impact of a Single Administration of Intranasal Oxytocin on the Recognition of Basic Emotions in Humans: A Meta-Analysis Neuropsychopharmacology, 38, 1929-1936 DOI: 10.1038/npp.2013.86