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Nueva visión de cómo el cerebro memoriza

Actualidad Informática. Nueva visión de cómo el cerebro memoriza. Rafael Barzanallana

Cada vez que se memoriza algo, en alguna parte del cerebro un pequeño filamento se desplaza hacia fuera de una neurona y forma una conexión electroquímica con una neurona vecina.

Un equipo de biólogos de la Universidad de Vanderbilt, dirigido por el Profesor Asociado de Ciencias Biológicas Donna Webb, estudia cómo se forman estas conexiones a nivel molecular y celular.

Los filamentos que hacen estas nuevas conexiones se denominan espinas dendríticas y en una serie de experimentos descritos en la edición del 17 de abril del Journal of Biological Chemistry, los investigadores informan que una proteína de señalización específica, Asef2, miembro de una familia de proteínas que regulan la migración celular y la adhesión, desempeña un papel crítico en la formación de la espina dendrítica. Esto es significativo porque Asef2 se ha relacionado con el autismo y la coocurrencia de dependencia del alcohol y depresión.

«Las alteraciones en las espinas dendríticas se asocian con muchos trastornos neurológicos y de desarrollo, como autismo, enfermedad de Alzheimer y  síndrome de Down«, dijo Webb. «Sin embargo, la formación y el mantenimiento de las espinas es un proceso muy complejo que apenas estamos comenzando a entender.»

Los cuerpos celulares de las neuronas producen dos tipos de largas fibras que se tejen a través del cerebro: dendritas y axones. Los axones transmiten señales electroquímicas desde el cuerpo celular de una neurona a las dendritas de otra neurona. Las dendritas reciben las señales entrantes y los llevan al cuerpo celular. Esta es la forma en que las neuronas se comunican entre sí.

Mientras esperan señales entrantes, las dendritas producen continuamente diminutos filamentos flexibles denominados filopodios. Estos salen hacia fuera de la superficie de la dendrita y oscilan en la región entre las células en busca de los axones. Al mismo tiempo, los biólogos piensan que los axones secretan sustancias químicas de naturaleza desconocida que atraen a los filopodios.

Cuando uno de los filamentos dendríticos hace contacto con uno de los axones, comienza a adherirse y  desarrollarse una espina. El axón y la espina  forman las dos mitades de una unión sináptica. Nuevas conexiones como esta son la base para la formación y el almacenamiento de memoria.

El autismo se ha asociado con espinas inmaduras, que no se conectan correctamente con los axones para formar nuevas uniones sinápticas. Sin embargo, una reducción de espinas es característica de las primeras etapas de la enfermedad de Alzheimer. Esto puede ayudar a explicar por qué las personas con Alzheimer tienen problemas para formar nuevos recuerdos.

La formación de espinas está impulsado por actina, una proteína que produce microfilamentos y es parte del citoesqueleto. Webb y sus colegas mostraron que Asef2 promueve las espinas y la formación de sinapsis mediante la activación de otra proteína llamada Rac, que es conocida por  regular la actividad de actina. También descubrieron que otra proteína, espinofilina, recluta Asef2 y lo guía a las espinas específicas.

«Una vez que sepamos los mecanismos involucrados, entonces podremos ser capaces de encontrar fármacos que puedan restaurar la formación de espinas  en las personas que la han perdido, lo que podría devolverles su capacidad de recordar», dijo Webb.

Los coautores del estudio son los estudiantes de postgrado J. Corey Evans y Cristina Robinson y postdoctoral Mingjian Shi, del Departamento de Ciencias Biológicas y el Centro Kennedy para la Investigación sobre el Desarrollo Humano.

La investigación fue apoyada por los Institutos Nacionales de Salud subvenciones GM092914, GM008554, MH071674 y el Centro Nacional de Recursos para investigación  S10RR025524. EE.UU.

Instalación de software en el cerebro

Actualidad Informática. Software y cerebro. Rafael Barzanallana. UMU

Fuente:

Diferencias y semejanzas entre un cerebro y un ordenador

Brain Quiz” es una serie de microespacios de divulgación científica sobre nuestro cerebro, producido por la UCC+i de la Universitat Politècnica de València y Medianomedia, y financiado por la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) del Ministerio de Economía y Competitividad.”

Proyectos futuristas en informática

Actualidad Informática. Proyectos futuristas en informática. Rafael Barzanallana. UMU

Se les ha llamado Factor X de la ciencia: seis mega-proyectos que compiten por dos premios, dotados cada uno con mil millones de euros.

En 2010, la Comisión Europea hizo un llamamiento a las iniciativas de computación visionaria,s comparables a la llegada a la luna o el mapa del genoma humano. Estos ultra-ambiciosos proyectos  cambiarían nuestra forma de pensar sobre el mundo y lo ideal  también sería resolver algunos de sus problemas.

De 21 ideas presentadas, seis fueron seleccionadas para un mayor desarrollo. Estas incluyen el Proyecto Cerebro Humano – un intento de simular el cerebro usando una supercomputadora – y un plan para crear una nueva generación de dispositivos electrónicos basados no en el silicio, sino en grafeno.

Los ganadores se darán a conocer a finales de enero. El premio en metálico, proceden de los países europeos y las empresas privadas, así como de la Unión Europea, se extiende durante 10 años.

Nuestro dinero está en FuturICT, un SimCity de la vida real en una escala global. Le dará a  individuos,  empresas y los gobiernos información en tiempo real sobre el planeta, y realizará simulaciones para encontrar las mejores estrategias para hacer frente a cuestiones como el cambio climático.

FuturICT fue concebido después de la caída financiera de 2008. El simulador de  civilización será una plataforma abierta, aceptando los datos sobre cualquier cosa, desde los medios sociales y la bolsa, a los modelos climáticos y las preferencias políticas. Manténgase en sintonía para el inicio de algo grande.

Fuente: NewScientist

 

Insólito,el cerebro de Einstein en el iPad

Actualidad Informática. Insólito,el cerebro de Einstein en el iPad. Rafael Barzanallana. UMU

Los poseedores de un Apple iPad ahora pueden sondear los misterios del cerebro de Albert Einstein por $ 9.99 (7.7 euros) gracias a una iniciativa del Museo Nacional de Salud y Medicina de Chicago(EE.UU.) . Se supone que inspirará a futuros investigadores y neurólogos, este logro tal vez  no emocionaría a Einstein. Alérgico a la idea de ser objeto de adoración, el descubridor de la relatividad había dicho que se dispersaran sus cenizas en un lugar secreto.

La informática y la neurociencia cada vez cecen más y por una buena razón. Cientos de fotografías tomadas a través de un microscopio, las secciones del cerebro de Albert Einstein están libremente disponibles con un iPad a un precio menor que comprar el DVD de Los Vengadores en iTunes. Uno no puede evitar pensar que el proyecto Hayworth Kenneth alcance la inmortalidad.

Los miembros del Museo Nacional de Salud y Medicina de Chicago (Chicago NMHM), tuvieron la idea de archivar en línea el cerebro de Einstein. Algunos de estos cortes se pueden ver en un vídeo.

Ampliar en; Futura-Sciences

Un mecanismo para la codificación de la memoria humana

Actualidad Informática. Un mecanismo para la codificación de la memoria humana. Rafael Barzanallana

Un equipo de investigación postula la teoría de que la memoria puede ser codificado en la estructura de tres dimensiones de la célula neuronal.

«La memoria se atribuye al fortalecimiento de las conexiones sinápticas entre las neuronas del cerebro, y sin embargo los componentes de la membrana sináptica son transitorios, mientras que los recuerdos pueden permanecer. Esto sugiere que la información sináptica se codifica y ‘cablea’ en otros lugares, por ejemplo, a nivel molecular dentro de la neurona post-sináptica. »

«El equipo buscó en las estructuras a nivel del citoesqueleto de la estructura del cerebro. Encontraron componentes que encajan entre sí y eran capaces de crear el procesamiento de la información y la capacidad de almacenamiento que el cerebro necesita para formar y retener la memoria.»

Los microtúbulos rellenan el interior de las neuronas de nuestro cerebro, especialmente en los axones y las dendritas, donde se lleva a cabo la mayor parte de la actividad . Se investigó para averiguar si esta semejanza es accidental o no. Esto condujo a la generación de un modelo computacional muy exacto de la interacción entre CaMKII y microtúbulos. Parece que se ha encontrado un mecanismo de codificación de la memoria.

El citoesqueleto (también CSK) es un «andamiaje»  celular o «esqueleto» que figura en el citoplasma de una célula y está hecho de proteínas. El citoesqueleto está presente en todas las células,  aunque se pensaba que era único de los eucariotas, pero  investigación reciente ha identificado el citoesqueleto en procariotas.

Microtúbulos del citoesqueleto
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Btub.jpg
http://en.wikipedia.org/wiki/Cytoskeleton#Microtubules

http://medicalxpress.com/news/2012-03-memories-encoded-brains.html

Figuras del artículo:
https://plus.google.com/109667384864782087641/posts/BSgTpqrFeoa

El artículo:
http://www.ploscompbiol.org/article/info:doi/10.1371/journal.pcbi.1002421

Hubs en el cableado neuronal del cerebro

Actualidad Informática. El cableado del cerebro tiene
«Un concentrador o hub permite centralizar el cableado de una red; recibe una señal y repite esta señal emitiéndola por sus diferentes puertos.” Ciertas regiones del cerebro actúan como hubs que están muy interconectados entre sí; según un nuevo estudio de van den Heuvel y Sporns los grupos de hubs muy bien interconectados se comportan como clubs exclusivos y son cruciales para una comunicación eficiente entre las neuronas del cerebro.

Los autores realizaron imágenes corticales de 21 individuos sanos y estudiaron la conectividad estructural de dichas regiones (68 corticales y 14 subcorticales, que fueron divididas en 1170 parcelas). Aplicando técnicas de la teoría de grafos red descubrieron un conjunto de 12 regiones que están más densamente interconectadas entre sí que cualquier otro conjunto de regiones del cerebro y al que casi todas las otras regiones examinadas están conectadas. Estas regiones presentan funciones fundamentales para el cerebro y cualquier “ataque” que dañe los ganglios en estas regiones tiene un efecto mucho mayor que cualquier otro ataque al azar, lo que podría ofrecer pistas sobre cómo ciertas enfermedades afectan al funcionamiento general del cerebro.

Ampliar en: Francis (th)E mule Science’s News

Los juegos violentos pueden alterar funciones cerebrales

Investigadores de  EE.UU. indican que la práctica de los videojuegos violentos provoca una disminución en la activación de ciertas regiones del cerebro asociadas con el control cognitivo y emocional.

Los críticos de los videojuegos parecen tener un argumento adicional. Hasta ahora, los diversos estudios indicaban las ventajas o desventajas, algunos haciendo hincapié en la mejora de las habilidades motoras y visuales, mientras que otros hicieron hincapié en el aumento de las conductas violentas, sin demostrar el origen cerebral.

Ahora esto ha cambiado. En la reunión anual de la Radiological Society of North America, el Dr. Matthews y sus colegas investigadores de la Universidad de Indiana han compartido su trabajo de apoyo a la idea de que la práctica de juegos de video violentos produce cambios de la actividad en  algunas partes del cerebro , dando lugar a la inhibición de las emociones y el aumento de la agresividad.

¿Cómo llegaron a tales conclusiones?

El experimento fue mediante  un examen de resonancia magnética nuclear funcional de 28 jóvenes de entre 18 y 29 años,  fans de los videojuegos. Separados en dos grupos iguales, los del primer grupo tenían que pasar las primeras 10 horas detrás de la palanca de mando para disparar a criaturas virtuales y abstenerse en la segunda semana. En cuanto al segundo grupo, su actividad de juego estaba prohibida. Imágenes de resonancia magnética fueron recogidos en tres etapas: antes del estudio, después de la primera semana y después de la segunda.

Les IRM fonctionnels permettent de mesurer l'activité cérébrale de manière indirecte, en mesurant les flux sanguins.
Resonancia magnética funcional para medir la actividad cerebral indirectamente midiendo el flujo sanguíneo. © Washington Irving, Wikipedia DP

Las diferencias entre los dos rupos aparecen después de los primeros siete días de tratamiento. Cuando los investigadores estimularon regiones específicas del cerebro como la corteza, el prefrontal dorsolateral, que se sab  modulan las emociones y la inhibición, se encontró una disminución en la activación de estas áreas en comparación con el nivel de referencia. Esto se traduce en un menor activación emocional ante la mención de una palabra o conducta violenta. Después de una semana sin tocar la palanca, estas regiones habían recuperado su actividad basal.

El Dr. Matthews está muy satisfecha con este descubrimiento. «Nuestros resultados pueden ser la explicación de estos estudios sobre el comportamiento que muestra un aumento de la agresividad después de la práctica de juegos de video violentos. Por último, tiene una explicación fisiológica de lo que se había mostrado anteriormente. «Su plan ahora es comprobar si el antídoto no está en el uso de los videojuegos prosociales.

 

Ser multiarea altera la memoria y capacidades del cerebro humano

El cerebro humano no está diseñado para soportar el estilo de vida al que nos sometemos, con múltiples tareas,  debido cada vez más a los avances tecnológicos. Es el resultado  de un nuevo estudio realizado por investigadores, que recomiendan optar por un «régimen de la tecnología.»

De la misma manera que el cuerpo humano convierte el exceso de azúcar en grasa que conduce a la obesidad y sus consecuencias, en el cerebro se acumula estímulos tecnológicos, lo que dificulta el funcionamiento y puede afectar a la memoria a corto plazo, especialmente en los adultos.

Los investigadores de la Universidad de California en San Francisco (EE.UU.)  estudiaron también casos sospechosos detrás de las distracciones causadas por Smartphones y redes sociales para poner en peligro las capacidades mentales y la memoria a largo plazo.

Estos resultados apoyan los hallazgos de otro estudio realizado en 2009 en la Universidad de Stanford (EE.UU.). El estudio encontró que las personas que son sometidas a un régimen de multitarea tienen muchos problemas para cambiar de una tarea a otra con respecto a aquellos que lo hacen sólo de vez en cuando.

Esta observación pone de relieve el impacto del estilo de vida en la capacidad multitarea para  pasar de forma natural de una actividad a otra, debido a la respuesta instintiva del cerebro a las distracciones que puedan surgir.

En otras palabras, seguir la línea de tiempo en Twitter mientras se ve un video extraño, hablando por teléfono, mientras se prepara una sopa puede ser contrariamente de lo que pudiera pensarse, menos eficaz.

Aunque los científicos reconocen los medios nativos adictiva de entretenimiento y otros aparatos que estorban nuestra vida, el mundo en el que operamos nos exige un alto nivel de conectividad y productividad en multitarea.

Ampliar información en:  SFGate

 

El cerebro tiene una capacidad de memoria de 500 petabytes y de procesamiento de un exaflops

¿Cómo se puede llegar a las sorprendentes cifras de que la memoria del cerebro es de 500 petabytes y la capacidad de proceso de un exaflops? Especulando y realizando múltiples supuestos. El resultado es una estimación que puede estar errada en varios órdenes de magnitud. Expongo el razonamiento para que cada cual saque sus conclusiones.

Grandes números.
La primera estimación es la del número de neuronas en el cerebro. El dato más repetido en la red es 10 000 000 000 (10^11). Considero equivalente cerebro y encéfalo (brain en inglés) y que incluye todas las estructuras dentro del cráneo como el cerebelo y el córtex (que solo representa 1/5 parte del cerebro).

El número de sinapsis es también una estimación. Una neurona puede tener hasta 100 000 sinapsis. La media está entre  5 000 y 10 000. Considero para el cálculo 5 000 sinapsis por neurona. El número total de sinapsis, es de 500 000 000 000 000 (10^14*5).

10 000 000 000 neuronas
500 000 000 000 000 sinapsis

Neuronas Integrate&Fire y neuronas biológicamente realistas.
Las simulaciones utilizan dos tipos de neuronas. La mayoría de ellas usan un modelo Integrate&Fire. Se trata de una neurona sin representación espacial que integra la entrada que proviene de otras neuronas y decide dispararse o no. Es un modelo válido para múltiples casos y el más utilizado. De otro lado están las neuronas biológicamente realistas. Estas usan una representación tridemensional y computan lo que ocurre en cada segmento de la neurona: dendritas, cuerpo y axón. Sus necesidades computacionales son 10 000 veces superiores que las Integrate&Fire.

Estimaciones
El proyecto Blue Brain usa neuronas realistas. Henry Markham estima que la memoria necesaria para simular el cerebro es 500 petabytes y la capacidad de cómputo es de un exaflops. Como se verá, esta es la estimación que considero más realista.

Dharmendra S. Modha ha realizado una simulación con neuronas Integrate&Fire de la que se pueden extrapolar datos. Uno de ellos es que necesita 16 bytes por sinapsis para que la simulación sea operativa. Modha habla solo del córtex y de 10 000 sinapsis por neurona. Su predicción es que se necesitan cuatro petabytes (4 000 000 000 000 000) de memoria y un exaflops (1 000 000.000 000 000 000) de capacidad de proceso. Corregido el dato de memoria, mi primera aproximación es de ocho petabytes:

Se trata de neuronas Integrate&Fire, es decir, de neuronas simplificadas. ¿Podemos simular la expresión de los genes o la proximidad a otras neuronas? No podemos. Dado que las necesidades computacionales son 10 000 mayores en las biológicamente realistas, el cálculo arroja la cifra de: Memoria = 80 exabytes (80 000 000 000 000 000000). Muy lejos de la estimación de Modha y también de la de Markham (aunque solo 160 veces más). Dado que este último ya usa neuronas realistas, considero válida su cifra de:

Memoria = 500 petabytes (500 000 000 000 000 000)

Ampliar en: Sinapsis

Bajo licencia Creative Commons


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