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Sheila Nirenberg, de la facultad de me- dicina Weill de la Universidad Cornell, y su doctorando Chethan Pandarinath, han constado en fecha reciente que se está avanzando en la comprensión del código neuronal gracias a la última no- vedad tecnológica: la optogenética [véase «Electrodos que despiertan», por Christof Koch; Mente y cerebro n.o _{58, 2013]. Di-}

cha metodología permite, en ratones, inci- dir directamente sobre grupos específicos de neuronas que han sido infectadas con virus genéticamente modificados con el objetivo de que expresen en su membra- na la proteína canalrodopsina-2 (ChR2). Esta proteína es fotosensible: responde a la luz azul.

Si se lanza un destello azul a una neuro- na manipulada, esta responderá emitiendo una señal eléctrica que, de ser lo bastante intensa, desembocará en un potencial de acción. De esta manera, cualquier grupo de células nerviosas obedecerá una or- den de excitación si porta la signatura molecular inducida por el virus. En cam- bio, las neuronas carentes de la signatura molecular apropiada no expresarán ChR2. La optogenética resulta apasionante, pues consiente a los investigadores que inter- vengan en cualquier punto de las entrete- jidas redes cerebrales, a pasar de la obser- vación a la manipulación.

No obstante, para apreciar la belleza y la especificidad del método de Nirenberg debe tenerse en cuenta que existen unos

GE T T Y I M A GE S VOLVER A VER

Se prevé que, a través de la optogenética, matrices de electrodos refinados logren en un futuro mejorar el sentido de la vista de las personas con escasa o nula visión.

PRÓTESIS PARA LA VISIÓN

Arriba aparecen las señales de cinco células ganglionares de la retina de un ratón con visión normal mientras observa vídeos de viandantes, paisajes, etcétera. En la hilera inferior se muestra la respuesta de cinco células ganglionares homólogas pertenecientes a un ratón ciego dotado de una prótesis optoelectrónica que estimula las células ganglionares con haces de luz. Las respuestas del roedor ciego son similares a las de uno normal. Célula 1 Tiempo (segundos) Célula 2 Célula 3 Célula 4 Célula 5 0 1 2 3 4 5 Célula 1 Tiempo (segundos) Célula 2 Célula 3 Célula 4 Célula 5 0 1 2 3 4 5 Christof Koch Instituto de Tecnología de California

Para saber más

Interim results from the international trial of second sight’s visual prosthesis. Mark S. Hu- mayun et al. en Ophthalmology, vol. 119, n.o _4,

págs. 779-788, abril de 2012.

Retinal prosthetic strategy with the capa- city to restore normal vision. Sheila Niren- berg y Chethan Pandarinath en Proceedings of the National Academy of Sciences USA, vol. 109, n.o_{37, págs. 15.012-15.017, septiem-}

bre de 2012. veinte tipos de células ganglionares re-

tinianas, cada uno especializado en una tarea. Ciertas células responden solo a la presencia de luz, pero no a su cesación (cé- lulas ON); un segundo tipo emite picos de potencial cuando la luz se apaga (células OFF), permaneciendo silentes en las regio- nes brillantes. Una matriz multielectródi- ca que estimulase a la vez ambos tipos de células (como en el caso de una estrategia enteramente electrónica), provocaría des- concierto en el cerebro visual, ya que pare- cería que la luz se ha apagado y encendido simultáneamente.

Otras poblaciones de células ganglio- nares aportan datos relativos a determi- nadas longitudes de onda (participan en la visión de colores); unas distintas infor- man sobre la dirección de movimiento de los objetos (si suben, bajan, se desplazan lateralmente, etcétera), y así sucesiva- mente. En cierto sentido, las personas experimentamos unas veinte visiones del mundo. Cada una resalta un aspecto del ambiente visual. La forma en que estas vistas fraccionarias y dispares llegan a ser integradas para proporcionar una imagen coherente del mundo sigue siendo descon- certante.

Por fortuna, parece que cada uno de estos tipos celulares posee su propio y pe- culiar «código de barras molecular». Este conocimiento puede usarse para restringir

la expresión de las moléculas optogenéti- cas a ciertos tipos de células y estructu- rar después la simulación artificial como convenga. Esto es, si se conociese el códi- go retiniano de las células ON (la forma en que convierten información visual en impulsos eléctricos) así como su signatu- ra molecular, se podría actuar de manera selectiva sobre estas células (o sobre otro grupo cualquiera).

Nirenberg y Pandarinath lograron apli- car con éxito esta metodología selectiva en ratones transgénicos ciegos. Los animales presentaban una mutación de un gen nece- sario para los fotorreceptores cuyas células ganglionares expresan ChR2. Un dispositi- vo codificador tomaba una imagen captada por una cámara digital y la convertía en un tren de potenciales de acción idóneo para las células ON. Esta conversión de imágenes en código retiniano lo lograba a través de entrenamiento y comparando las respuestas con las registradas de células ganglionares retinianas de tipo ON. Así, a modo de ejemplo sencillo, si una luz bri- llante entra en el campo de visión, el codifi- cador genera una oleada de impulsos. Estas señales son convertidas en destellos de luz azul, que inducen a las células ganglionares retinianas ON a activar una secuencia de impulsos similar. A las neuronas del ce- rebro receptoras de esas células ganglio- nares retinianas de tipo ON, los impulsos

les aportan el dato de que algo luminoso acaba de aparecer. Mediante el uso del mis- mo código que utiliza una retina sana, se ayuda a que los ratones ciegos puedan ver. En un ensayo de campo, ratones ciegos do- tados de esta prótesis retiniana lograban detectar el movimiento hacia la derecha o la izquierda.

Para medir el rendimiento de esta técnica en humanos, habría que inyec- tar en el ojo de una persona ciega virus que expresen la proteína ChR2 en células ganglionares retinianas, además de dotar al probando de unos anteojos que inclu- yan el codificador y el fotoestimulador. La optogenética, ese fantástico maridaje de biología molecular, óptica y electró- nica, no tardará en rendir fruto y ayudar a los individuos con ceguera a recuperar la vista. TO M A D O D E « RE TI N A L P RO ST H ET IC S TR A TE G Y W IT H T H E C A PA C IT Y T O R ES TO RE N O R M A L V ISI O N », P O R SH EI LA N IR EN B ER G Y C H ET H A N P A N D A RI N A TH E N PR O C EE D IN G S O F T H E N AT IO N A L A C A D EM Y O F S C IE N C ES U SA , VO L. 10 9, N . O 3 7, SE PT IE M B RE D E 2 01 2.

La imagen del rostro de un bebé (izquierda) se ha reconstruido a partir de trenes de potenciales de acción de una retina ciega dotada de una prótesis (derecha). La reconstrucción da idea de cómo vería la foto- grafía original (32 por 35 píxeles) un ratón ciego con visión restaurada mediante el codificador.

D RE A M ST IME / V IK TO R L EV I