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Tres de los jóvenes investigadores en neurociencia más prolíficos de Nature Index analizan los problemas que intentan resolver y lo que los hace optimistas sobre su trabajo.
Casey Pakula: modelador mental
Casey Pakula está construyendo un modelo que simula los cambios cerebrales desde la niñez hasta la edad adulta para que los investigadores puedan rastrear la progresión de la enfermedad.Fuente de la imagen: Centro de Investigación Jülich/Sascha Kryklaw
Casi el 75% de los trastornos mentales graves aparecen antes de los 24 años, por lo que “la intervención en la juventud probablemente tenga el mayor impacto en la salud mental a largo plazo”, afirma Casey Pakula, neurocientífico computacional del Centro de Investigación Jülich y uno de los investigadores La institución más grande de la Asociación Helmholtz de Centros de Investigación Alemanes, la organización de investigación líder en Alemania.
Pakula y sus colegas están utilizando grandes conjuntos de datos de escáneres cerebrales de bebés, niños y adolescentes para crear un nuevo modelo que simule cambios desde la niñez hasta la edad adulta con la esperanza de poder predecir el desarrollo de afecciones como la esquizofrenia y la psicosis.
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“Lo que hace que nuestro enfoque sea único, pero también efectivo, es que lo hacemos a múltiples escalas”, dice Pakula, refiriéndose a cómo el modelo explica los cambios a nivel celular y de ADN, así como cambios más grandes en el cableado del cerebro. y células. trabajo. “Esto significa que podemos validar nuestras teorías sobre cómo surge la percepción”. Pakula recibió una subvención de 1,5 millones de euros (1,74 millones de dólares estadounidenses) de la Fundación Alemana de Investigación, la organización de financiación de investigaciones más grande del país, para apoyar este trabajo.
El modelo podría informar futuros protocolos de diagnóstico y tratamiento al permitir a los investigadores “revertir el tiempo” y simular el desarrollo de ciertas condiciones hacia atrás para encontrar la causa. También puede ayudar a los investigadores a identificar factores de riesgo. En los niños pequeños, por ejemplo, el grosor de la corteza cerebral aumenta hasta la adolescencia, momento en el que comienza a adelgazarse nuevamente. Pakula y sus colegas notaron cortezas inusualmente gruesas en niños con un mayor riesgo genético de esquizofrenia, lo que, según ella, puede ser un síntoma o una causa de la enfermedad. “Éste es el tipo de camino que nos interesa trazar”, afirma.
Desde que se mudó a Jülich, Alemania desde su Australia natal, Pakula dice que ha recibido un fuerte apoyo como investigadora al principio de su carrera. “Creo que en Australia es muy difícil para los investigadores que inician su carrera dar un paso adelante, mientras que en Alemania apoyan mucho a los investigadores jóvenes.
Por un lado, es más fácil conseguir financiación para apoyar a un equipo de investigación completo para un proyecto de varios años en Alemania que en Australia, afirma Pakula. Añade que el gobierno local de Jülich cubre los costes iniciales del cuidado de los niños en edad preescolar para todos los residentes, lo que le ayuda a planificar su regreso al trabajo después del nacimiento de su hijo.
“Esto significó que pude elegir cuándo regresar al trabajo según lo que funcionara mejor para nuestra familia”, dice. – Felicity Nelson
Solomia Boyko: el rompecabezas de las proteínas del Alzheimer
Solomia Boyko.Crédito: Nancy Andrews
En la Universidad Case Western Reserve en Cleveland, Ohio, el neurocientífico Solomiya Boyko estudia cómo un tipo de proteína cerebral llamada tau se acumula dentro de las células nerviosas de las personas con enfermedad de Alzheimer. Formación de acumulaciones pegajosas de líneas fibrosas llamadas ovillos neurofibrilares. Esta acumulación bloquea las líneas de comunicación sináptica entre las neuronas, lo que provoca la muerte neuronal que causa demencia.
Estudios previos1 Ella demostró que cuando se colocan gotas de proteína tau en un líquido, se agrupan espontáneamente unas alrededor de otras. Boyko quiere saber si esta dinámica se aplica a los organismos o a las células. “Sabemos que [tau] “Las gotas se convierten en agregados”, dice Boyko. “La pieza que falta del rompecabezas es si esto sucede en la celda”.
El problema es que las herramientas y técnicas actuales no son lo suficientemente avanzadas para mostrar qué sucede con las proteínas tau dentro de la complejidad arremolinada de una célula viva. Entonces, Boyko y sus colegas crearon un fluido que químicamente se parecía al citoplasma de una célula, el líquido espeso que llena el interior de una célula, y observaron lo que sucedía cuando agregaban gotas de tau. Publicarán sus resultados en 2022, describiendo comportamientos similares cuando el petróleo entra en contacto con el agua.2. “No se mezclan”, dice Boyko. “Las gotas de Tau se forman y se agrupan”. Lo que no está claro es si el proceso de convertir las gotas de tau en agregados de tau tiene alguna función fisiológica en cerebros sanos o es puramente patológico.
A medida que la esperanza de vida mejora a nivel mundial, inevitablemente aumentará el número de personas con la enfermedad de Alzheimer, una enfermedad fuertemente asociada con el envejecimiento. De 1990 a 2019, la incidencia de la enfermedad en todo el mundo aumentó casi un 150%. Los investigadores están luchando por mantenerse al día con el progreso, y la cartera de desarrollo de fármacos para la enfermedad de Alzheimer para 2024 presenta menos ensayos y menos candidatos a fármacos nuevos que en 2023.
Hay métodos en desarrollo que permitirán esto vivo Observaciones de gotas de tau, algo que Boyko espera lograr. Dice ser optimista en cuanto a que con el tiempo se podrá descifrar toda la biología de la enfermedad de Alzheimer. “La enfermedad de Alzheimer es un gran problema para los afectados, los cuidadores y la familia. “Como investigadora, tal vez pueda ayudar en algo”, afirma. “Realmente creo que los mayores cambios en el conocimiento resultantes de la investigación pueden marcar la diferencia”. -Benjamín Blackett
Nicholas Busch: registrador de neuronas
Nicolás Bush.Crédito: Nicholas Edward Busch
Cuando Nicholas Busch era estudiante de posgrado de primer año en la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois, escuchó mientras los investigadores reproducían la actividad de la corteza sensorial de los monos (la parte del cerebro que procesa sensaciones auditivas, visuales y de otro tipo) a través de un altavoz. Cuando el brazo del mono se movió, recuerda haber escuchado un sonido de actividad eléctrica. En ese momento, Bush supo que quería seguir una carrera en neurociencia. “Escuchar las neuronas en el cerebro de este mono que estaba sentado a mi lado, mientras se movía activamente, fue simplemente un momento indescriptible”, dice.
Actualmente, Bush es becario postdoctoral en el Instituto de Investigación Infantil de Seattle, en Washington, donde estudia los circuitos del tronco encefálico que controlan la capacidad de respirar. en un estudio3 Publicado a principios de este año, Bush y sus colegas mostraron cómo los trastornos respiratorios asociados con ciertas enfermedades pueden cambiar la función de las neuronas en el tronco del encéfalo que controlan la respiración.
Bush dice que las nuevas tecnologías implantables podrían ser invaluables para este tipo de investigación. Él y sus colegas implantaron sensores de silicona llamados Neuropixels, producidos por la organización de investigación y desarrollo sin fines de lucro Interuniversity Microelectronics Center, con sede en Bélgica, en los cráneos de ratones para medir su actividad neuronal en diferentes puntos del ciclo respiratorio. Cuando los ratones respiraban normalmente, sus neuronas disparaban una cascada rítmica que se renovaba cada vez que respiraban. Los ratones que recibieron morfina (un fármaco opioide que puede causar problemas respiratorios si se usa incorrectamente) experimentaron un ciclo similar de actividad neuronal, pero la onda de actividad eléctrica de una neurona a la siguiente fue más lenta.
“Los opioides son una gran preocupación en este momento”, dice Bush, destacando los millones de personas en todo el mundo que padecen trastornos por consumo de opioides. “Sabiendo que [opioid use] Si se trata de una desaceleración o de algún tipo de reestructuración, la dinámica de este sistema es de particular importancia.
El equipo también midió cómo respondían las neuronas del tronco del encéfalo cuando los ratones eran privados de oxígeno. Cuando los ratones jadearon, sus neuronas dejaron de dispararse en un patrón rítmico y en su lugar se dispararon todas a la vez, lo que facilitó un aumento en el intercambio de gases que podría salvar vidas. Se espera que estos conocimientos ayuden a investigar el síndrome de muerte infantil súbita e inesperada en humanos, que se cree que ocurre cuando los bebés sufren de falta de oxígeno pero no se despiertan.
Los avances tecnológicos, como los Neuropixels, abren muchas oportunidades en la neurociencia, afirma Bush. “Las herramientas que se están desarrollando son absolutamente asombrosas y nos brindan nuevas formas de pensar sobre viejos problemas”, dice. “Es un momento muy emocionante para ser neurocientífico”. – Felicity Nelson
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