miércoles, 17 de agosto de 2011

NEUROTECNOLOGÍA: LECTURA IMAGENES CEREBRALES

Científicos japoneses visualizan imágenes leídas directamente del cerebro humano

Por primera vez en el mundo, un grupo de investigadores de la Prefactura de Kyoto han tenido éxito en el procesamiento y visualización de imágenes recibidas directamente desde el cerebro humano.

El grupo de investigadores del Institituo Internacional de Investigación en Telecomunicaciones Avanzadas, entre los que se incluyen Yukiyasu Kamitani y Yoichi Miyawaki del departamento de Neuroinformática, afirman que hay aproximadamente 100 millones de imágenes que pueden leerse, añadiendo que es probable que en el futuro, se puedan visualizar también sueños e imágenes mentales de un modo similar.

La investigación se publicó ayer jueves en la revista estadounidense “Neuron“.

Las imágenes recibidas ópticamente se convierten en señales eléctricas en la retina y luego son tratadas en el córtex visual del cerebro.

En el reciente experimento, el grupo de investigadores pidieron a dos personas que observaran 440 imágenes fijas, una a una, en una pantalla de 100 pixels. Cada una de las imágenes se componía de secciones compuestas de zonas aleatorias de gris y zonas brillantes.

Los investigadores midieron las sutiles diferencias en los patrones de la actividad cerebral del córtex visual de las dos personas, empleando un visor de resonancia magnética (MRI). Luego subdividían las imágenes y registraban los patrones de reconocimiento de ambos sujetos.

El grupo de investigadores midió los córtex visuales de las dos personas mientras observaban la palabra “neuron” y cinco figuras geométricas tales como un cuadrado y una cruz. Basándose en los patrones cerebrales almacenados previamente, los investigadores analizaron la actividad en los cerebros de ambos sujetos y reconstruyeron las imágenes de las letras en fuente Roman así como la de las figuras, logrando el éxito por primera vez en la recreación de imágenes recibidas ópticamente (véase imagen).

NEUROTECNOLOGÍA: CEREBRO VIRTUAL

Un grupo internacional de investigadores, entre ellos algunos españoles, ha puesto sobre el tapete un proyecto colosal. Henry Markram, coordinador de la iniciativa y una eminencia en el campo de la Neurología, asegura que puede asemejarse en importancia «a la llegada del hombre a la Luna o al gran colisionador de hadrones del CERN».

Se trata del Proyecto Cerebro Humano (HBP, por sus siglas en inglés), presentado hoy en Madrid, que pretende simular de forma realista el funcionamiento de nuestra materia gris en un supercomputador, para conocer cómo se relacionan nuestras neuronas y poder probar tratamientos contra enfermedades como el alzheimer, el parkinson, la depresión e incluso crear nuevas prótesis para personas discapacitadas.

Está impulsado por trece universidades e instituciones de nueve países de la UE y asociados, entre ellos investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid y del Consejo Superior de Investigaciones Científicas.

En esta gigantesca herramienta, cualquier científico podría probar nuevos fármacos y tratamientos sin necesidad de experimentar con animales ni realizar larguísimos ensayos clínicos con humanos, y además hacerlo una y otra vez, sin importar los errores, sin riesgos y mucho más rápido.

Los científicos creen que este extraordinario instrumento podría estar listo en 2023 -aunque cinco años antes llegará el primer prototipo de la mano de IBM-, pero para hacerse realidad deberá cruzar una barrera inevitable: el sí de la Comisión Europea para su financiación.

Si es aprobado, resolución que se sabrá en 2012, recibirá nada menos que 100 millones de euros al año durante una década para su desarrollo.

Una revolución


«Supondrá una nueva tecnología para el siglo XXI y una verdadera revolución», asegura Markram, investigador de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suiza.

«El cerebro se estudia desde hace más de 200 años y el número de artículos científicos sobre el mismo es de 10 millones; en diez años habrá 100 millones.

Sin embargo, aún no tenemos una visión general de cómo es ese órgano», explica.

El científico cree que ahora es el momento de realizar ese trabajo, para lo que pretenden crear ocho nuevas infraestructuras tecnológicas de primerísimo nivel.

La primera, que realizará las simulaciones, se ubicará en Suiza y será «parecida al centro de control de misiones de la NASA».

La dedicada a la neuroinformática irá a parar a Estocolmo y también participará el Centro de Supercomputación de Barcelona.

No solo nacerá una descomunal infraestructura, sino también un nuevo hardware inspirado en el funcionamiento del cerebro.

La idea esrecrear los 100.000 millones de neuronas de la mollera con procesadores.

La principal aportación del proyecto será la búsqueda de tratamientos contra las enfermedades del cerebro, patologías que «un tercio de la población sufrirá en su vida» -especialmente en un mundo cada vez más envejecido-, y cuya investigación han reducido las farmacéuticas, según Markram, por su altísimo coste y complejidad.

Verificar la bondad de un medicamento puede llevar unos quince años y supone el sacrificio de animales y pruebas en humanos.

El supercomputador, sin embargo, realizará simulaciones de estos males «mucho más rápido que con un organismo vivo y tendrá en cuenta una cantidad ingente de datos.

Podrá probar no solo una droga, sino millares de ellas», lo que facilitará la llegada de nuevas curas.

También impulsará lo que se conoce como robótica neuroinspirada, robots que funcionen como lo hace el cerebro humano y sean conscientes de sí mismos, algo que puede abrir el debate sobre qué es realmente la humanidad.


fuente: http://experimentosdelfuturo.blogspot.com/2011/05/cerebro-humano-simulado-por-un.html

NEUROTECNOLOGIA. DISPOSITIVO MENTAL

Científicos rusos desarrollaron un dispositivo para leer la mente.


"Según el equipo de científicos rusos, el dispositivo inalámbrico de reconocimiento de imágenes mentales goza de popularidad sobre todo en Occidente, y su precio aproximado es de 300$."


Científicos rusos realizaron un experimento sobre reconocimiento (discernimiento) de imágenes mentales en el Museo Politécnico de Moscú, el 25 de abril de este año. Según sus desarrolladores, la base del método consiste en obtener, mediante un sencillo dispositivo inalámbrico, datos de Electroencefalografía (EEG). Este dispositivo creado por los científicos se utiliza básicamente para el reconocimiento de imágenes en videojuegos.

"Este método puede ser utilizado para el tratamiento de enfermedades neurológicas, como la enfermedad de Alzheimer, Parkinson, en pacientes que padezcan de esclerósis y despues del derrame cerebral, y asimismo para la búsqueda de imágenes en Internet", - informó a la agencia rusa de noticias RIA Nóvosti, uno de sus desarrolladores, Alexander Zhavoronkov.

El investigador señaló que en la primera etapa, la persona debe de aprender a pensar "correctamente". Luego, se le coloca el dispositivo "gorro inalámbrico", que se encarga de registrar las señales del cerebro.

Despues a la persona se le muestran diferentes imágenes, el dispositivo almacena las señales que recibe en dicho momento. En la segunda etapa, el dispositivo reconoce correctamente los objetos que se imagina la persona.

Los desarrolladores comentaron que se planea crear una amplia base datos de objetos visualizados y asimismo un "neurobuscador", es decir un servicio de Internet para la búsqueda de imágenes.

"Este recurso permitirá a cualquier persona participar en la investigación científica en el campo de la neuroinformática". Instamos adherirse a este experimento para crear una amplia base de datos de imágenes",- concluyó Zhavoronkov.



http://inventosfuturos.blogspot.com/2011/05/cientificos-rusos-desarrollaron-un.html

NEUROINFORMÁTICA: VISIÓN ACTUAL

Oscar Barranco Liebana
Director de Innovación. Observatorio de Innovación y Participación. CICE. Junta de Andalucía.


Existe un alto potencial de creación de feedbacks positivos entre los dominios de la neuroinformática y las tecnologías de la información y de las comunicaciones, creando una única sinergia. La neuroinformática también estimulará los desarrollos en los campos de la ingeniería neuromórfica o la biónica. En este dominio, están siendo desarrollados métodos y experimentos computacionales alternativos, como por ejemplo los circuitos analógicos de silicio VLSI (Very Large Scale Integration) que pueden generar enfoques novedosos en la emulación de la función neuronal.


Albert Einstein, uno de los cerebros más privilegiados del siglo XX, desarrolló las teorías científicas más vanguardistas que hasta el momento nos ha brindado la ciencia. Estas teorías, fruto de la interpretación de las realidades físicas y matemáticas, provienen de la fuente única de generación de conocimiento, la mente humana.

Thomas S. Harvey1, patólogo del hospital de Princeton, diseccionó este prodigioso cerebro, donado para el análisis científico en 1955, en doscientas láminas, con excepción del cerebelo y del córtex.

El resultado de este análisis, descubrió un mayor número, en términos porcentuales, de células de la glía cerebral que de neuronas, interpretándose que el consumo de energía del cerebro de Einstein era superior a la media debido a sus extraordinarias capacidades cognitivas.

La atracción generada por la teoría neuronal de Santiago Ramón y Cajal, relegó a un segundo plano a las células glía, concentrando los esfuerzos de los neurocientíficos en la comprensión de la estructura, fisiología, desarrollo y plasticidad de los circuitos neuronales. Sin embargo, recientemente se ha redescubierto a estas células como elementos clave en el procesamiento de la información2.

Estudios recientes sobre neurociencia indican que la función cerebral está basada en una comunicación coordinada entre las células glía y las neuronas, donde tales células responden a la excitación de los circuitos neuronales y transmiten señales a las neuronas, regulando la actividad neuronal.

La configuración descubierta en el cerebro de Einstein, nos muestra que su brillante inteligencia no residía en el número de neuronas que contenía, que era similar a cualquier persona, sino en el número de conexiones que se habían producido entre ellas a través de las células glía.

Esto indica la importancia de la comunicación coordinada y de la capacidad de interacción de la información, para la generación eficiente de conocimiento o inteligencia.

La interacción de las ideas, y en definitiva del conocimiento, genera inteligencia. Por ello es fundamental encontrar las bases de la estructuración del conocimiento, capaz de generar economías de escala a nivel exponencial, como describe la neurociencia en el funcionamiento de la mente humana.

Siendo conscientes de que el cerebro humano contiene alrededor de 100 billones de células nerviosas, 3.2 millones de kilómetros de “cables”, un millón de billones de conexiones, todo ello empaquetado en un volumen de 1.5 litros, con un peso de no más de 1.5 kilos y consumiendo alrededor de 10 watios de energía, el reto es comprender la complejidad del mismo como un todo.

La combinación de los datos obtenidos de la investigación cerebral, producirán un modelo computacional que defina la operatividad parcial del cerebro, y conjuntamente su funcionalidad como sistema único, lo que provocaría un alto impacto en las tecnologías de computación, comunicación e información. El flujo bidireccional de ésta, influenciará los productos y el funcionamiento tanto de la tecnología hardware como software, e impulsará enérgicamente los campos de la robótica y de la inteligencia artificial, entre otros.

Existe un alto potencial de creación de feedbacks positivos entre los dominios de la neuroinformática y las tecnologías de la información y de las comunicaciones, creando una única sinergia. La neuroinformática también estimulará los desarrollos en los campos de la ingeniería neuromórfica o la biónica. En este dominio, están siendo desarrollados métodos y experimentos computacionales alternativos, como por ejemplo los circuitos analógicos de silicio VLSI (Very Large Scale Integration) que pueden generar enfoques novedosos en la emulación de la función neuronal.

Encontramos distintas iniciativas en el mundo que persiguen objetivos similares en el desarrollo del funcionamiento neuronal en las tecnologías de la información, como por ejemplo la de IBM en computación autónoma, que busca construir una nueva generación de tecnologías de la información autoreparable, autogestionable y autoregulable, análogo a los organismos vivos.

Ciencias interdisciplinares como la neuroinformática o, en general la bioinformática, persiguen acelerar el progreso de comprensión del funcionamiento del cerebro, situándose en la intersección de la medicina, biología, psicología, física, computación, matemáticas e ingeniería para generar aplicaciones que permitan el desarrollo de sistemas artificiales, que implementen los tipos de computación de procesamiento cerebral.

La convergencia de la nanotecnología, la biotecnología, las tecnologías de la información y las neurociencias, permite acelerar la mejora evolutiva en el aprendizaje, en la comunicación externa a la persona y en el interfaz hombre-máquina, así como capacitar mejoras internas de la persona.

¿Qué aportará la convergencia NBIC al dominio del aprendizaje? ¿Desarrollaremos nuevos métodos de aprendizaje virtuales? ¿Podremos obtener un mejor entendimiento de las capacidades y funcionamiento del cerebro a través del análisis geográfico de células? …


Referencias

  1. A. Aguirre de Cárcer/J. M. Fernández-Rúa ABC (España), 18 de junio de 1999
  2. Las células de glía como elementos clave de la función, protección y regeneración cerebral. Simposio internacional. Fundación Ramón Areces. Madrid, 7 y 8 de noviembre de 2005

martes, 16 de agosto de 2011

EL CEREBRO. CONCEPTOS CLÁVES.

Neurona: tipo de células del sistema nervioso cuya principal característica es la excitabilidad eléctrica de su membrana plasmática; están especializadas en la recepción de estímulos y conducción del impulso nervioso (http://es.wikipedia.org/wiki/Neurona)

Soma: cuerpo de la neurona

Axón: unión entre neuronas (http://es.wikipedia.org/wiki/Ax%C3%B3n)

Dentrita: receptor sinaptico (http://es.wikipedia.org/wiki/Dendrita)

Espina dentritica: zona de la dentrita responsable de la sinapsis

EL CEREBRO. PROCESAMIENTO VERBAL.

Un estudio realizado por investigadores de la Escuela de Medicina San Diego, de la Universidad de California (UCSD), ha revelado que los distintos niveles del lenguaje son procesados por el cerebro de una forma distinta a lo que hasta ahora se había creído.

La investigación supone así un importante avance en la compresión del funcionamiento del cerebro humano, puesto que ha proporcionado una imagen de una claridad sin precedentes sobre el procesamiento del lenguaje.

Según explica el director de la investigación, Ned T. Sahin, del departamento de radiología de la UCSD en un comunicado emitido por dicha universidad, el estudio se ha centrado en dos misterios centrales del funcionamiento del cerebro: la manera en que se desarrollan los procesos cognitivos complejos (como el lenguaje); y la naturaleza de la que quizá sea la región más conocida de la corteza cerebral, el área de Broca.

Información detallada

Esta región del cerebro está involucrada en la producción del habla, en el procesamiento del lenguaje y en la comprensión. Se encuentra frente a la base de la corteza motora primaria izquierda, y es necesaria para la producción normal del habla.

Las lesiones en esta parte del cerebro provocarían la llamada “afasia de Broca”, que se caracteriza por una dificultad extrema en la articulación del lenguaje. El área de Broca se conecta con el área de Wernicke (la otra región considerada hasta el momento crucial para el lenguaje en los humanos) mediante un haz de fibras nerviosas (el arcuato).

El estudio realizado por los investigadores de la UCSD ha constatado que el área de Broca puede realizar tres procesos distintos en un periodo de tiempo de un cuarto de segundo, es decir, que esta pequeña región cerebral no realiza una única función cuando procesa el lenguaje.

Estos hallazgos se produjeron gracias a la colocación de electrodos en el cerebro de los pacientes, siguiendo una técnica denominada electrofisiología intracraneal (ICE por sus siglas en inglés).

Esta técnica, que permite a los cirujanos saber qué región del cerebro tratar para mitigar ataques, también ha suministrado información sobre las regiones sanas del cerebro necesarias para el lenguaje.

Tres procesos distintos

El registro de actividad neuronal se llevó a cabo mientras los pacientes repetían palabras o producían formas gramaticales (frases en distintos tiempos verbales, por ejemplo), esto es, realizaban tareas que los humanos desarrollamos sin esfuerzo cada vez que nos comunicamos.

La técnica de electrofisiología intracraneal permitió a los investigadores observar el procesamiento de los tres niveles del lenguaje (sonido, estructura y significado) a tiempo real, para determinar si las actividades neuronales correspondientes se producían en serie o paralelamente, en patrones locales o distribuidos.

De esta forma, se pudo establecer la actividad cerebral relacionada con el lenguaje con gran exactitud espacial, y con una exactitud temporal de milisegundos.

Según publican Sahin y sus colaboradores en un artículo aparecido en la revista Science, las pruebas realizadas dentro del área de Broca revelaron actividades neuronales distintas para el procesamiento del léxico o del significado de las palabras (de una duración de 200 milisegundos), de la gramática o estructura de la lengua (320 milisegundos), y de la fonética o sonidos lingüísticos (450 milisegundos).

Los patrones de todos estos procesos resultaron idénticos para sustantivos y verbos, y similares en todos los pacientes.
Área de Broca. Fuente: Wikimedia Commons.
Área de Broca. Fuente: Wikimedia Commons.
Dificultades y avances

Sahin explica que la primera evidencia de que algunas actividades mentales podían corresponderse con ciertas partes del cerebro se produjo cuando se comprobó que pacientes con lesiones en el área de Broca eran incapaces de hablar pero sí podían pensar.

En los 150 años que siguieron a este descubrimiento, los progresos en la comprensión de la forma en que esta región del cerebro contribuye a la capacidad del lenguaje han sido decepcionantes.

Dado que el lenguaje complejo sólo se da en la especie humana, siempre ha resultado difícil investigar los mecanismos neuronales subyacentes a esta capacidad.

Los métodos de registro de imágenes cerebrales –como la exploración por resonancia magnética funcional o fMRI- suelen ser los únicos que pueden usarse con humanos, debido a que no resultan invasivos.

Sin embargo, con ellos sólo se puede medir la actividad cerebral de miles de millones de neuronas y durante largos periodos de tiempo.

Por eso, hasta ahora los científicos no habían podido determinar con detalle si los mecanismos del lenguaje representados por modelos computacionales coincidían con una actividad real en el cerebro, algo que la ICE sí ha permitido.

Danza neuronal en una sola región

Gracias a lo descubierto por Sahin y sus colaboradores, ahora se sabe que el área de Broca está compuesta por varias partes que se superponen para realizar diversos pasos de procesamiento en una coreografía que dura muy poco tiempo.

Esta “danza” no había podido ser descubierta hasta el momento por el grado de resolución de los métodos tecnológicos disponibles. Ésta es la primera vez que se utiliza la técnica ICE para documentar cómo el cerebro humano procesa la gramática y produce palabras.

Los hallazgos contradicen la común idea de que el área de Broca procesa el lenguaje expresivo (el habla) mientras que el área Wernicke (también situada en el cortex cerebral), se encarga de la recepción del lenguaje (lectura y comprensión).

En las pruebas, los participantes leyeron y hablaron, lo que reveló que todos los aspectos de la lengua son procesados por la misma región, el área de Broca. El modelo anterior sobre la actividad neuronal de procesamiento del lenguaje que implicaba las regiones de Broca y Wernicke queda, por tanto, obsoleto, afirma Sahin.

LA SINAPSIS o la Madre del Cordero...

A grandes rasgos la comunicación entre neuronas se denomina "Sinapsis".

Los elementos pre-sinápticos son las partes de la neurona responsables del inicio de la comunicación.

Los elementos post-sinápticos son las partes de la neurona responsables de la recepción de la comunicación.

Recientes estudios (mencionados en anteriores articulos) han determinado que el hecho de que podamos aprender y recordar depende de esta comunicación.

La sinapsis es, en conclusión, la verdadera "madre del cordero". Lo que separa nuestras tontas máquinas de los "tachicomas", "replicantes", "termineitors", "erredosdedoses" y demás bichejos metálicos.