Más delgada que un cabello, los científicos utilizan una sonda para "monitorear" el cerebro humano

Resumen:

Según un informe publicado en la revista Nature el 2 de noviembre, unas sondas neuronales ultrafinas llamadas Neuropixels están cambiando la forma en que los científicos estudian el cerebro. Este dispositivo, más delgado que un cabello humano, puede registrar la actividad eléctrica de cientos de neuronas simultáneamente, lo que permite a los investigadores observar el proceso de procesamiento de información dentro del cerebro con una precisión sin precedentes. En la actualidad, esta tecnología ha ido entrando poco a poco en la investigación del cerebro humano a partir de experimentos con animales.

En un quirófano de un hospital de Londres, los científicos están intentando "escuchar" directamente el cerebro humano.

Una paciente se sometió a una cirugía de derivación por hidrocefalia de presión normal en el Hospital Nacional de Neurología y Neurocirugía de Londres, Reino Unido. Durante la operación, aceptó participar en un experimento especial: el médico insertó brevemente en el cerebro una sonda Neuropixels, de aproximadamente 1 centímetro de largo y más delgada que un cabello, para registrar las señales eléctricas de las neuronas en tiempo real.

Luego, los investigadores reprodujeron una serie de palabras para los pacientes, incluidas "punto ciego", "lugar de estacionamiento" y "alcancía", para ver cómo el cerebro procesaba las transiciones entre diferentes palabras y cómo la frecuencia y familiaridad de las palabras afectaban la actividad neuronal.

Cuando el sonido sonó en el quirófano, la forma de onda de la señal nerviosa en la pantalla de monitoreo cambió significativamente. Esto significa que los investigadores han podido capturar la respuesta en tiempo real del cerebro humano a la estimulación del lenguaje externo a través de sondas.

En el pasado, aunque los científicos podían usar electroencefalografía o electrodos implantados para monitorear la actividad del cerebro humano, a menudo solo podían obtener señales producidas por una gran cantidad de neuronas, lo que hacía difícil distinguir qué estaban haciendo las neuronas individuales.

Pierre Bourdillon, neurocirujano del Hospital de la Fundación Rothschild en París, Francia, utilizó una vívida metáfora para explicar el avance de esta tecnología.

La monitorización EEG tradicional es como colocar un micrófono en una intersección concurrida y tratar de distinguir la conversación de cada persona de la mezcla de sonidos. Neuropixels está más cerca de instalar micrófonos en el collar de cada persona para escuchar las voces de diferentes individuos.

“Estamos empezando a llegar al punto en el que podemos tener micrófonos individuales para todos”, afirmó.

El avance clave de esta tecnología es que permite a los científicos observar la actividad de un gran número de neuronas individuales simultáneamente.

Neuropixels se lanzó por primera vez en 2017 y se desarrolló en cooperación con instituciones como el Parque de Investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes en los Estados Unidos y el Centro Belga de Investigación en Microelectrónica (Imec).

La sonda Neuropixels de primera generación tiene 960 sitios de grabación, 384 de los cuales pueden leer señales simultáneamente. Su cuerpo de sonda de silicio es tan delgado como un cabello y está conectado a un chip del tamaño aproximado de una tarjeta Nano SIM, que se encarga de leer, amplificar y digitalizar las señales neuronales.

En los primeros experimentos con animales, los científicos implantaron dos sondas en el cerebro de ratones y registraron con éxito aproximadamente 700 neuronas distribuidas en 5 regiones del cerebro al mismo tiempo.

Neuropixels 2.0, lanzado en 2021, mejora aún más las capacidades de grabación, con 5120 sitios de grabación, 1536 de los cuales se pueden leer simultáneamente, y el dispositivo se ha vuelto más liviano.

Utilizando una nueva generación de tecnología, los científicos han podido registrar decenas de miles de neuronas simultáneamente en cerebros de ratones y, en algunos experimentos, rastrearlas durante meses.

Esto significa que los investigadores ya no sólo pueden observar la actividad de un área local del cerebro, sino que pueden estudiar cómo funcionan juntas las diferentes áreas del cerebro.

En 2025, una investigación colaborativa internacional logró resultados a mayor escala.

Doce laboratorios de Estados Unidos y Europa llevaron a cabo una investigación conjunta, utilizando la tecnología Neuropixels para registrar las actividades de más de 620.000 neuronas en 279 regiones del cerebro en 139 ratones, y dibujar un mapa de la actividad neuronal de todo el cerebro que involucra funciones como la visión, el movimiento y la toma de decisiones.

La investigación ha descubierto que

las señales neuronales relacionadas con la sensación, la cognición y el movimiento pueden estar más ampliamente distribuidas en el cerebro de lo que se pensaba anteriormente.

En la actualidad, Neuropixels ha sido utilizado por unos 1.700 laboratorios de todo el mundo y los temas de investigación abarcan más de 20 animales, incluidos ratones, pinzones cebra, lagartos dragón barbudos e incluso pulpos.

En la investigación con primates, la tecnología también ha provocado cambios significativos.

Tirin Moore, neurocientífico de la Universidad de Stanford, dijo que antes de la llegada de los Neuropixels, los investigadores normalmente sólo podían registrar la actividad de unas 20 neuronas de primates al día, incluso si sus experimentos iban bien. Hoy en día, pueden registrar de forma rutinaria al menos 100 neuronas.

Moore cree que sin tales herramientas, la investigación en neurociencia sobre primates seguirá siendo muy limitada.

Actualmente, el equipo de investigación de la Universidad de Stanford planea utilizar Neuropixels para dibujar mapas de actividad neuronal de alta resolución del sistema visual del macaco para comprender mejor cómo el cerebro procesa la información visual.

Vale la pena señalar que

Los neuropíxeles no son exactamente lo mismo que los dispositivos implantables para aplicaciones de interfaz cerebro-computadora.

Su uso principal actual es en la investigación de neurociencia básica, ayudando a los científicos a comprender procesos como la sensación, el movimiento, la cognición y la toma de decisiones mediante el registro de la actividad neuronal. Aunque la investigación relacionada puede proporcionar una base para la futura tecnología de interfaz cerebro-computadora y la investigación de enfermedades neurológicas, esto no significa que Neuropixels tenga capacidades de tratamiento clínico maduras.

"Nature" señaló que los Neuropixels están llevando la neurociencia a una nueva etapa: los científicos no sólo pueden observar si diferentes áreas del cerebro están activas, sino también estudiar más a fondo cómo las neuronas individuales participan en el procesamiento de información compleja.

Desde ratones hasta primates y quirófanos humanos, esta sonda del grosor de un cabello está ayudando a los científicos a explorar el mecanismo de funcionamiento del cerebro humano con mayor precisión.