febrero 25, 2017

La luz Influencia el Funcionamiento del Cerebro





Cómo la luz influencia nuestro cerebro

Investigadores de la Unidad Inserm 846 "Células Madre y el cerebro" y el Centro de Investigación Ciclotrón de la Universidad de Lieja (Bélgica), en un estudio publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences en marzo 2014, mostraron que el "efecto retardado" del cerebro se debía a cierto tipo de memoria de la luz (memoria fótica).

Durante mucho tiempo se ha establecido que la luz tiene efectos importantes en el cerebro y nuestro bienestar. La luz no sólo es esencial para la visión, sino que también desempeña un papel esencial en un conjunto de funciones llamado "no visuales", como la sincronización de nuestro reloj biológico con la alternancia del día y la noche. La luz también es un poderoso estímulo para la iluminación y la cognición y se utiliza comúnmente para mejorar el rendimiento, y para luchar contra la somnolencia o la "tristeza de invierno". Los mecanismos que subyacen a los efectos positivos de la luz son muy poco conocidos.

La melanopsina involucrada

En la última década, los científicos han descubierto un foto-receptor  nuevo tipo de célula sensible a la luz en el ojo , llamado melanopsina y que participa en la transmisión de información luminosa hacia muchos centros cerebrales llamados "no visuales". En ausencia de este foto-receptor, ciertas funciones no visuales, incluyendo el reloj biológico, se interrumpen. El reloj biológico se desestabiliza y opera en "rueda libre" en relación con la alternancia del día y la noche, y el efecto estimulante de la luz se ve comprometido.

La melanopsina se diferencia de los conos y bastoncillos ya que expresa propiedades semejantes a los foto-receptores de invertebrados y es particularmente sensible a la luz azul. Sin embargo, en los seres humanos, no se ha establecido el papel de la melanopsina en la regulación de la vigilia y la cognición humana.

Los investigadores presentan pruebas de su implicación en el impacto de la luz en el cerebro.

Todo depende del color recibido con anterioridad a más de una hora

Mediante la explotación de las propiedades únicas de los foto-receptores de la melanopsina junto con imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI), pudieron demostrar que el impacto de la luz en las regiones del cerebro necesaria para la realización de una tarea cognitiva dependía del color en particular de la luz recibida con anterioridad a más de una hora.

Los investigadores pudieron observar las diferentes regiones del cerebro estimuladas por la luz en una prueba cognitiva. Además, pudieron reconocer el papel de la melanopsina basado en las respuestas observadas con diferentes fuentes de luz (naranja, azul o verde para la prueba).

16 jóvenes participantes realizaron una tarea cognitiva como prueba de audición (memorización de palabras y su posición en una lista) mientras estaban expuestos a una prueba de luz.

Las regiones del cerebro en naranja respondían más a la prueba de luz si
los participantes fueron expuestos a una luz naranja 70 minutos antes.

1. tálamo; 2. corteza prefrontal dorsolateral; 3. ventrolateral corteza prefrontal.
Estas regiones son importantes para la regulación de la vigilia y procesos cognitivos complejos.

En consecuencia, el impacto de la luz en las regiones del cerebro necesarias para la realización de la tarea depende del color específico de la luz recibida más de una hora antes. Una exposición previa a la luz naranja antes de una prueba de luz aumenta el impacto de ésta en el cerebro, mientras que la exposición previa a la luz azul tiene el efecto contrario.

Memoria fótica. Este "efecto retardado" de una exposición a la luz en la siguiente respuesta a la luz es típico de la melanopsina y de ciertos foto-pigmentos que se encuentran en invertebrados y plantas, y es conocido como la memoria fótica.

Habría una maquinaria en el ojo idéntica a la de invertebrados que participa en la regulación de nuestra cognición. En general, la luz de nuestro entorno cambia durante el día y estos cambios modifican nuestro estado.

Esta investigación pone de relieve la importancia de la luz para las funciones cerebrales cognitivas y constituye una prueba a favor del papel cognitivo de melanopsina. Los investigadores concluyen que este descubrimiento requiere el uso de sistemas de luz que optimizarían el rendimiento cognitivo.


El cerebro funciona de manera diferente en cada estación del año

Investigadores del Centro de Investigación Ciclotrón de la Universidad belga de Lieja, en un estudio publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences en marzo 2016, han encontrado pruebas de que ciertas funciones cognitivas de nuestro cerebro varían según la estación.

El cerebro puede encontrar más difícil resolver ciertos procesos dependiendo de si es otoño o primavera.

El equipo experimentó con 28 voluntarios a los que se les escaneó el cerebro en distintos momentos del año, cuando estos resolvían pruebas de atención y de memoria de trabajo. Los cobayos humanos no debían estar influenciados por otros factores ambientales el día que hacían la prueba, por lo que se los hacía estar en el laboratorio cuatro días o cinco días antes; se los sometía a una luz y temperatura constante, y limitado acceso al mundo exterior.

Esos cambios en los patrones de funcionamiento del cerebro, no obstante, no hallaron que se correlacionaran con alteraciones endocrinas, como una mayor o menor segregación de melatonina, hormona relacionada con el sueño; ni tampoco del estado de alerta o patrones de dormir.

El resultado a ambas tareas fue bueno y constante para todos los sujetos, cualquiera que sea el momento del año, según el estudio. Los recursos cerebrales utilizados para realizar las pruebas cambiaban con arreglo a la temporada.

Para la tarea de atención, la actividad cerebral máxima se alcanzaba en junio, cerca del solsticio de verano, mientras que su nivel está más bajo cerca del solsticio de invierno.

En cambio, la actividad cerebral de la tarea ejecutiva  memoria a corto plazo  no seguía esta tendencia. Ella estaba en su máximo en otoño y en su mínimo cerca del equinoccio de primavera.

Existen numerosos factores que dependen de cada estación del año que podrían llegar a regular ese patrón de activación cerebral, como por ejemplo la duración del día y la cantidad de luz que recibimos, lo que se denomina foto-periodo. Pero también la temperatura, la humedad, la actividad física y la interacción social influyen. Esos factores, por ejemplo, no se tomaron en consideración en este estudio por lo que no se puede decir qué provoca exactamente los cambios observados.

Los resultados sugieren que a lo largo del año el cerebro puede trabajar de diferentes maneras para compensar los factores relacionados con las estaciones que podrían afectar su función. Y de esta manera puede tener un rendimiento estable. Tal vez esos mecanismos podrían no funcionar bien en algunas personas y que eso las hiciera más vulnerables a la tristeza en invierno.

Para los analistas, se requiere de nueva investigación para establecer otros parámetros dentro del trabajo, pero están seguros que a lo largo del año, el cerebro funciona de distintas maneras, compensándose unos períodos con otros, en relación a su mayor o menor actividad.


Se descubre que la luz azul mejora la función cerebral y la concentración mejor que el café

Investigadores suecos de la universidad Mid Sweden University, en estudio publicado en la revista en red PLOS ONE en noviembre 2013, han hecho un descubrimiento fascinante con respecto a luz azul de onda corta que sugiere que podría ser usada como terapia natural para ayudar a mejorar la función cognitiva y reforzar los niveles energéticos.

En una prueba comparando los efectos de la luz azul con la cafeína y otras diversas modalidades, hallaron que una simple exposición a luz azul es mejor que la cafeína para ayudar a la gente a pensar más claro, enfocarse a la tarea que se traen entre manos y tener suficiente energía para realizar las tareas diarias.

Aunque investigaciones previas han demostrado que una exposición a la luz azul, especialmente antes de irse a dormir, puede obstruir el ciclo natural del sueño interfiriendo con la producción hormonal, este estudio más reciente halló lo contrario en términos de acerca como afecta el cerebro y la función motora.

Una exposición a la luz azul no solo ayuda a promocionar una mejor atención, incluso ante la presencia de elementos de distracción, también mejora la función psicomotriz y el estado de conciencia general.

Para llegar a esta conclusión, un grupo de 21 individuos sanos recibieron instrucciones para realizar una prueba de vigilancia psicomotriz antes y después de realizar una de cuatro condiciones:

1- luz blanca y un placebo,
2- luz blanca y 140 ml de cafeína,
3- luz azul y un placebo,
4- luz azul y 240 mg de cafeína.

Después de la exposición y la prueba el equipo de investigación analizó los resultados usando la Escala de Somnolencia Karolinska.

Lo que hallaron fue que tanto los grupos de cafeína sola y luz azul sola experimentaron mejoría en la precisión cuando realizaron una prueba de reacción visual que requería tomar una decisión. Los participantes en estos dos grupos no sólo estaban mejor equipados para tomar la decisión sino que también fueron capaces de realizarla más deprisa que las personas en los otros dos grupos. Además, en los grupos de luz azul y cafeína se halló que tenían una función psicomotriz mejorada en comparación con los otros grupos.

Sin embargo, solo el grupo de luz azul fue mejor que el grupo de cafeína en otras áreas clave, una siendo una prueba de función ejecutiva que tenía que ver con la introducción de una distracción en la mezcla. Las personas en el grupo de luz azul únicamente tenían una mejoría en la precisión y de manera sostenida obtuvo resultados mejores que los del grupo de cafeína sola cuando se les puso ante distracciones congruentes e incongruentes. El rendimiento de reacción visual también mejoró sustancialmente en el grupo de luz azul únicamente, y especialmente en participantes con los ojos azules.

La luz azul y la cafeína demostraron efectos claramente notables en aspectos de función psicomotriz y tienen el potencial de causar una influencia positiva en una gama de escenarios en donde la función cognitiva y el estado de alerta son importantes.

Numerosas aplicaciones

La luz azul también ha demostrado tratar el dolor, mejorar la función cerebral en individuos ciegos.

El estudio se agrega a investigaciones relacionadas con el uso de luz azul para mejorar la memoria, atención y tiempos de reacción. Doctores en el Hospital Universitario de Heidelberg en Alemania, por ejemplo, ya han desarrollado un parche de luz azul que puede ser usado para tratar el dolor crónico. Y otro estudio sobre la luz azul que fue publicado en 2013 halló que puede ser usado para ayudar a estimular y mejorar la actividad cerebral en pacientes invidentes.

La luz azul podría permitir combatir el mal aliento. Según científicos, una exposición de solamente dos minutos, gracias a lámparas utilizadas para el blanqueo de los dientes, sería en efecto suficiente para matar las bacterias presentes en la saliva y asociadas con el mal aliento.

Otro estudio llevado por investigadores de la Universidad de Montreal permitió determinar que las personas ciegas podrían también gozar de los beneficios de la luz azul. En el curso de sus trabajos, los científicos han estado sorprendidos de comprobar que personas ciegas eran capaces de determinar en qué momento una luz azul había sido encendida o apagada, sin discernir ningún objeto. Esta observación podría llevar al desarrollo de tratamientos eficaces para los minusválidos visuales o para otras personas que sufrirían de confusiones cognoscitivas. La luz azul entonces podría ser utilizada con el fin de activar ciertas partes específicas del cerebro.


¿ Cómo afecta la luz solar al funcionamiento cognitivo ?

Uno de los efectos fisiológicos de la luz tiene que ver con la vitamina D, cuyos niveles en sangre dependen básicamente de la luz solar y, de forma menos importante, de la nutrición. La piel expuesta a luz ultravioleta produce vitamina D3, que luego es transformada por el hígado y el riñón. La vitamina D es importante para los huesos, se ha estudiado su papel en la depresión y se la ha relacionado también con las funciones cognitivas.

En un estudio longitudinal REGARDS (REasons for Geographic and Racial Differences in Stroke) realizado por Shia T. Kent y sus colaboradores, publicado en el International Journal of Biometeorology en 2013, han encontrado cierta relación entre la exposición al sol y el funcionamiento mental.

En su investigación utilizaron medidas de tiempo de exposición a luz solar y temperatura ambiente de suelo y proporcionadas vía satélite. Los datos sobre el estado cognitivo de los 19.896 participantes se obtuvieron a partir del realizado en 48 de los estados norteamericanos.

Los resultados de su trabajo mostraron que el grado de exposición al sol en el último año se relacionó con el nivel de declive cognitivo de los participantes, incluso tras controlar los efectos de otras variables como la edad. Aquellas personas que tuvieron mayores niveles de radiación solar tenían una menor probabilidad de incidencia de deterioro en sus funciones cognitivas.

Esta relación era aún más fuerte para varones jóvenes que habían vivido bajo temperaturas más altas. Los autores proponen que éste dato podría explicarse por el hecho de que esas personas pasaran más tiempo al aire libre durante el año anterior al estudio.

El efecto de la luz solar sobre la salud del cerebro podría explicarse a través de dos vías

Una de ellas se refiere al metabolismo de la vitamina D, ya que algunos estudios recientes encuentran mejor funcionamiento cognitivo asociado a mayores niveles de esta vitamina. En el cerebro existen receptores para la vitamina D y se ha planteado que ésta podría actuar como un factor neuro-protector.

La otra vía tiene que ver con la regulación de los ritmos circadianos por el hipotálamo, una estructura cerebral que controla los niveles de serotonina y melatonina, sustancias que también participan en la función mental. Los autores afirmaron, no obstante, que las investigaciones en este tema son aún muy escasas.

Con precaución para no quemarse, un poco de sol parece más que recomendable para mantener la salud física y mental.




febrero 09, 2017

Teoría de la Antimemoria



Las antimemorias son réplicas de memorias, 
equilibran conexiones opuestas de la misma intensidad


La memoria es la función de nuestro cerebro que permite almacenar y recuperar la información del pasado. También está ligada al aprendizaje. Los recuerdos (memoria) son impulsos eléctricos y, cada vez que aprendemos algo, se crean redes de conexiones neuronales llamadas neuronas excitatorias.

Cuando nuestro cerebro crea un recuerdo, establece y afianza nuevas conexiones cerebrales. La memoria está representada por esta nueva asociación entre las neuronas. Los niveles de actividad eléctrica en el cerebro están fina y delicadamente equilibrados. Cualquier excitación excesiva en el cerebro altera este equilibrio. Se cree que el desequilibrio eléctrico es la base de algunos de los problemas cognitivos asociados con enfermedades psiquiátricas y psicológicas tales como el autismo y la esquizofrenia. por lo que es lógico pensar que debe haber algún proceso compensatorio que evite sobre-estimulaciones dañinas.

Una nueva teoría, respaldada por la investigación animal y modelos matemáticos, sugiere que, al mismo tiempo que se crea una memoria, se genera también una “antimemoria”, es decir, se hacen conexiones entre las neuronas que proporcionan el patrón opuesto exacto de la actividad eléctrica a los que forman la memoria original. Los científicos creen que esto ayuda a mantener el equilibrio de la actividad eléctrica en el cerebro.


Investigación sobre la existencia de la antimemoria

Científicos de la Universidad de Oxford y el University College de Londres, en una investigación publicada en Neuron en abril 2016, decidieron comprobar si existe algún mecanismo cerebral que compense el exceso de actividad eléctrica generado por la creación de nuevos recuerdos.

Los científicos han propuesto una nueva teoría sobre la formación de recuerdos, la existencia de antimemorias o conexiones entre nuestras neuronas que generan un patrón exactamente opuesto a la actividad eléctrica original de la memoria y el aprendizaje.

La hipótesis se genera con la idea de que el funcionamiento cerebral normal resulta de la interacción entre dos tipos de células cerebrales: neuronas excitatorias e inhibidoras.

Las neuronas excitatorias provocan actividad en nuestros cerebros y las inhibidoras la reprimen. Los científicos sugieren que sin el correcto balance de la función excitatoria/inhibitoria (E / I), la neuronas muy excitadas podría originar un desequilibrio.

Cuando aprendemos algo se crean conexiones entre las neuronas excitatorias. Eso es bueno, porque nos permite crear nuevos recuerdos, pero también pone nuestro sistema de E / I fuera de equilibrio. Para restaurar ese equilibrio, conexiones inhibitorias, en forma de anti-recuerdos, entran en juego. Estos anti-recuerdos en realidad no destruyen nuestros recuerdos, pero los hacen callar.

Los resultados de estudios previos en ratas y ratones fueron positivos, pero su objetivo principal era la mente humana, algo que no era fácil, dada la necesidad de colocar electrodos en el interior del cerebro, un proceso sencillo en animales modelo; pero mal visto en humanos. Tras los resultados positivos en roedores, los científicos diseñaron un ingenioso experimento que permitía localizar la presencia de antimemoria en cerebros humanos.

Para ello, tomaron a un grupo de voluntarios, a los que se hizo aprender la asociación de una serie de cubos de colores; generando, por lo tanto, nuevos recuerdos en su cerebro.

Diagrama

Este diagrama muestra cuatro formas de colores que serán emparejadas entre sí por el participante de la prueba durante una tarea de memoria. Los dos pares de formas se aprenden, con la memoria representada por las conexiones naranja entre ellas. Después de haber aprendido esta vinculación, la excitación en el cerebro causado por el aprendizaje y la creación de la memoria es compensada por una antimemoria inhibitoria, representado por las nuevas líneas grises.

Los cuadros de color amarillo a continuación representan la tasa de disparo de las neuronas durante este proceso de aprendizaje. En primer lugar, antes de emparejamiento, que sólo responden a la plaza roja. Después de aprender el emparejamiento de los cuadrados rojos y verdes, las neuronas se disparan a cualquier estímulo. A medida que la antimemoria se genera, esta asociación se silencia y las neuronas se activan sólo en respuesta al estímulo de color rojo. Finalmente, después de alterar temporalmente la antimemoria, la asociación subyacente es evidente, una vez más, con la activación de las neuronas a cualquier estímulo.

Cuando los investigadores utilizaron la exploración del cerebro con resonancia magnética funcional para examinar el cerebro unas pocas horas después del aprendizaje, no encontraron ningún rastro de la memoria en las regiones implicadas en la memoria.

A lo largo de 24 horas, las asociaciones en el cerebro se convirtieron silencio. Eso podría haber sido porque el cerebro se vuelve a equilibrar o podría ser simplemente que quedaron en el olvido. Confirmaron que el silenciamiento fue una consecuencia del reequilibrio. Si los recuerdos estaban presentes, pero silenciados por réplicas inhibitorias, pensaron que debería ser posible volver a expresar los recuerdos suprimiendo actividad inhibidora.

Neurotransmisores activos
Posteriormente con el uso de una técnica segura llamada estimulación anódica transcraneal de corriente directa, aplicaron una corriente de baja de electricidad a los cerebros de los participantes, con la que fueron capaces de suprimir la concentración de ciertos neurotransmisores en el cerebro, incluyendo el GABA, un neurotransmisor que está vinculado a la inhibición. De esta manera, se reduce la actividad de las neuronas inhibitorias contra la memoria, lo que significaba que se re-expresaron los recuerdos de las asociaciones de forma y volvieron a los voluntarios, revelando así la memoria oculta.

Al tratar de comprender los efectos de este desequilibrio, los científicos llegaron a la conclusión de que debe haber un segundo proceso en el aprendizaje que actúa para reequilibrar la excitación causada por la nueva memoria y mantener todo el sistema bajo control. La teoría es que, al igual que tenemos materia y antimateria, debe haber una antimemoria para cada recuerdo. Este reflejo preciso de la excitación de la nueva memoria con su antimemoria inhibidora impide una tormenta fuera de control de la actividad cerebral, asegurando que el sistema se mantenga en equilibrio. Mientras que la memoria está todavía presente, la actividad que la causó ha desaparecido. En este sentido, las antimemorias trabajan para silenciar la memoria original sin borrarla.

Traducido al lenguaje coloquial significa que, aunque la formación de un nuevo recuerdo genera una poderosa excitación eléctrica de las neuronas, el nivel total de actividad eléctrica del cerebro se mantiene en un curioso equilibrio. Los científicos creen, por tanto, que la formación de antimemorias es un segundo proceso cerebral vinculado al aprendizaje, cuyo papel es reequilibrar la excitación neuronal y mantener todo el sistema bajo control.

Así que parece que en los seres humanos, así como en los animales, la antimemoria contra los recuerdos es crítica para evitar una potencialmente peligrosa acumulación de excitación eléctrica en el cerebro, lo que podría conducir a epilepsia y convulsiones. Se cree que las antimemorias también pueden desempeñar un papel importante en la detención de los recuerdos de la activación espontánea entre ellos, lo que llevaría a procesos de pensamiento confusos y gravemente desordenados.

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Uno de los descubrimientos más interesantes de la física del siglo pasado fue la existencia de la antimateria, material que existe a “imagen espejo” de las partículas subatómicas de materia, tales como electrones, protones y quarks, pero con la carga opuesta. Con la antimateria se profundizó nuestra comprensión de nuestro universo y las leyes de la física.

Al igual que la teoría matemática de la antimateria y su posterior descubrimiento en la naturaleza y su creación en un laboratorio era muy importante para la física del siglo XX, parece que la investigación de estas antimemorias enigmáticas será potencialmente revolucionaria para nuestra comprensión del cerebro y un foco importante para el próximo siglo.



Gracias a la antimemoria el cerebro no colapsa al absorber información que da cabida al aprendizaje, ya que ella representa mesura. El equilibrio de la actividad eléctrica del cerebro se debe a la interacción de las neuronas excitatorias  que provocan excitación de la actividad cerebral  e inhibitorias  suprimen tal actividad .

Sin duda un paso adelante en términos de nuestra comprensión y futuros tratamientos de las enfermedades neuropsiquiátricas como la esquizofrenia o el autismo.