100 años de imágenes del cerebro

Durante los 100 años de historia de la neurociencia moderna, la manera en que pensamos sobre el cerebro ha evolucionado con la sofisticación de las técnicas disponibles para su estudio. Las mejoras en el diseño y fabricación del microscopio, junto con el desarrollo de las técnicas de teñido de células ofreció a los neurocientíficos el primer vistazo a las células especializadas que conforman el sistema nervioso. Microscopios con mayor poder de aumento para investigar las células nerviosas en mayor detalle, revelaron compartimentos distintos. Las técnicas más nuevas exponer las conexiones entre las células nerviosas, revelando la compleja organización del cerebro.

Visualización de las neuronas

Histólogos del siglo XIX crearon algunas de las primeras imágenes de las células nerviosas, endureciendo químicamente el tejido y luego sumerjiéndolo en nitrato de plata, para ver manchas al azar que develaban un número pequeño de células visible gracias a la luz nueva de poderosos microscopios. La técnica reveló la silueta del cuerpo de la célula y su red de extensiones, y permitió al gran neuroanatomista Santiago Ramón y Cajal demostrar que el sistema nervioso está formado por células. Él produjo en 1899 dibujo de arriba, a la izquierda: muestra finamente ramificadas células de Purkinje, grandes neuronas en el cerebelo que juegan un papel importante en el control del movimiento.
Crédito: Herederos de Santiago Ramón y Cajal

Transmisión de Electrones.

Los microscopios electrónicos desarrollado en la década de 1930, iluminaron las muestras de tejido con haces de electrones en lugar de luz, aumentando la resolución máxima para que las estructuras mucho más pequeñas se puedieran distinguir. La imagen de arriba, pertenece a una parte del tronco cerebral que procesa la información auditiva y muestra un conjunto de conexiones de las células nerviosas magnificada 23.900 veces. Los círculos pequeños débiles son las vesículas sinápticas, señales químicas entre las células.

Crédito: Palay, 1956. Originalmente publicado en el Diario de Biofísica y Bioquímica Citología , 2: 193-202

Los tintes fluorescentes pueden ser ahora inyectados directamente en las células para teñir lo que el investigador quiere ver. Esta imagen muestra una célula de Purkinje en rojo y una fibra nerviosa de otra celda, en verde. Una sola célula de Purkinje se conecta a cientos de miles de estas fibras.

Un giro más reciente en la microscopía electrónica, desarrollado en la década de 1980, puede revelar las estructuras internas de las células nerviosas. Los investigadores utilizan un detergente para quitar la membrana celular. Platino y carbón se depositan en las superficies expuestas a reproducir las características del interior de la célula, como un molde en tres dimensiones que se examinará en el microscopio. Esta imagen muestra una neurona del hipocampo que se ha despojado de su membrana para exponer el citoesqueleto, un andamio que regula el crecimiento de la célula y el movimiento.

Crédito: Knöll Bernd (Universidad de Tübingen), Jürgen Berger, y Heinz Schwarz (Max-Planck de Biología del Desarrollo)

Los científicos en este caso, pueden etiquetar las células nerviosas en un arco iris de colores. Esta imagen es de una "Brainbow" del ratón que ha sido diseñada para que las células nerviosas diferentes emitan un resplandor en docenas de colores, donde también sev muestra el hipocampo, un área del cerebro que es crucial para la memoria. Esta tecnología, desarrollada en 2007, ha puesto de manifiesto las conexiones entre las células en detalle notable.

Crédito: Jean Livet, el INSERM

Las células que brillan intensamente.

A mediados de la década de 1990, los investigadores comenzaron a marcar las células específicas en animales de laboratorio por ingeniería genética, e incorporaron a los organismos proteínas fluorescentes (arriba) que se encuentran en las especies marinas. Dentro de los próximos 10 años, estas proteínas habían sido dirigido a las células de forma más compleja, lo que permitió a los investigadores monitorear las reacciones bioquímicas y seguir los movimientos de las proteínas celulares en tiempo real.

Crédito: Moriyoshi et. Al Koki, Neurona , febrero de 1996

La Tercera Dimensión.

La microscopía utilizó rayos láser para analizar el tejido. El haz de rayos enfocado reduce la señal de luz dispersa utilizada en los microscopios convencionales, y produce imágenes más nítidas y detalladas. La luz reflejada directamente en cada punto se utiliza para construir una imagen tridimensional. Este neuronas piramidales de la corteza cerebral de un ratón (arriba) se visualizó mediante la exploración de los tejidos a diferentes profundidades y con la superposición de la serie de imágenes neuronales.

Crédito: Pham Tony, Baylor College of Medicine

En la década de 1990, los científicos desarrollaron una manera de reducir aún más la dispersión de la luz, y la llamaron a esta técnica microscopía de fotones. Este enfoque, que utiliza la luz infrarroja, puede profundizar en el tejido vivo produciendo imágenes como la sección de cerebelo de un ratón mostrada arriba.

Crédito: W. Alanna y Michael Hausser, UCL

Rastreo de fibras.

En la década de 1980, los científicos desarrollaron los tintes fluorescentes para examinar las extensiones largas y delgadas de las neuronas que transmiten información entre estas células. Se inyecta directamente en el cerebro, el colorante se incorpora a la membrana celular y se transportan a lo largo de ella, revelando la ruta de la fibra nerviosa. Esta imagen resalta las conexiones de largo alcance entre las áreas sensoriales de la corteza cerebral de un ratón y el tálamo, a menudo llamada la estación del cerebro relé (centros cerebrales de control). Las fibras de la corteza visual primaria se muestran en rojo, mientras que las fibras de la corteza somatosensorial primaria, que procesa las sensaciones corporales, se muestran en verde.

Crédito: María Carmen Piñón y Zoltán Molnár / Universidad de Oxford

Hoy en día, los científicos pueden examinar de forma segura estas conexiones en un cerebro humano vivo con una variación de la resonancia magnética (IRM) se llama imágenes por tensor de difusión. Esta técnica, desarrollada en la década de 1990, deduce la ubicación de las fibras nerviosas mediante el seguimiento de las moléculas de agua en el cerebro a medida que avanzan a lo largo de ellas. La imagen de arriba muestra las fibras que irradian desde el tálamo en un cerebro humano.

Crédito: Thomas Schultz / Universidad de Chicago

fuente: technology review
autor: MOHEB COSTANDI