QUÉ SE HIZO PRIMERO: ¿LA MÚSICA O EL LENGUAJE?

La curiosidad por conocer el inicio del mundo que hoy conocemos es algo inherente a la naturaleza humana. Esta curiosidad se alimenta de la dificultad que este hecho entraña. Tenemos muy pocos datos (si no ninguno) acerca de cómo se ha originado lo que nos rodea, incluyéndonos a nosotros mismos. La tendencia al antropocentrismo ha dirigido una gran cantidad de estudios hacia nuestro propio conocimiento, lo cual incluye el lenguaje y sus orígenes, como característica única de la especie humana y comienzo de diferenciación del resto de los animales, respectivamente.

El lenguaje ha supuesto un rasgo fundamental en el desarrollo posterior del cerebro. El paso evolutivo hacia el bipedismo constituyó la base para el desarrollo del encéfalo humano. La manipulación y elaboración de herramientas fue para los homínidos un impulso para el perfeccionamiento de las habilidades motoras. Estas nuevas habilidades requerían una mayor superficie cerebral que las controlase. Además, el hecho de que el ser humano sea un animal sociable hizo necesario un sistema primitivo de comunicación, que incluye la transmisión de las nuevas destrezas adquiridas de una generación a la siguiente. De este modo, el cerebro humano fue alcanzando la complejidad que hoy en día conocemos, retroalimentada positivamente por un lenguaje y unas habilidades cada vez más complejas. Dentro de este marco, debemos encajar el inicio de la música. Se piensa que ésta surgió, al menos, hace unos 40.000 años, si no antes, hipótesis basada en el descubrimiento de instrumentos prehistóricos hechos de huesos (sobre todo, flautas) hallados en algunos yacimientos arqueológicos. La madera u otros materiales son más fáciles de tallar, si bien su conservación a lo largo de los años es más efímera, por lo que se postula que debieron construirse más tipos de instrumentos, a parte de las flautas de hueso, que no han llegado hasta la actualidad. También se deben tener en cuenta la gran cantidad de objetos que se han hallado y de los cuales se desconoce su utilidad real, que podría estar en ocasiones relacionada con la música. 

Aún habiéndose perdido parte de los restos de posibles instrumentos prehistóricos, una de las ventajas del estudio del origen de la música es que estos restos son más fácilmente conservables que los del lenguaje. Quizá, por ello, se tiende a pensar que la capacidad musical ha precedido a la lingüística. Se tiene una rica colección de instrumentos musicales que datan de hace unos 35.000 años o más. Por el contrario, el inicio del lenguaje sólo se puede deducir de los documentos escritos, sin poder situar la tradición oral en la escala de tiempo. Si bien es cierto que tampoco podemos situar en el tiempo los inicios de la música vocal, ya que ni la música vocal ni las estructuras de tejido blando que la permiten fosilizan. Por tanto, en este aspecto, nos encontramos frente a un vacío similar al del lenguaje hablado. El único indicador “fosilizable” de estas destrezas es el alargamiento del canal vertebral torácico como resultado de un mejor control de la respiración. MacLarnon y Hewitt encontraron que el  Homo erectus (u Homo ergaster) tenía una cavidad vertebral torácica similar a la de los chimpancés o los homínidos más primitivos, mientras que los Neandertales poseían rasgos más parecidos a los del hombre actual. Aunque estos autores consideran esos rasgos únicamente para el habla, podemos inferir lo mismo para el caso de la música. Johan Sundberg ha argumentado al respecto que la música requiere las mismas capacidades respiratorias que el habla. Si bien esto no es del todo cierto, pues el control del tono y la amplitud requerido durante la canción precisa del uso de todos los músculos principales de la respiración (los músculos intercostales, los abdominales y el diafragma), mientras que el habla sólo necesita el uso de los intercostales. Un incremento el control fino de la respiración parece ser más importante para cantar que para hablar. Estos datos son, por ello, consistentes con la hipótesis de que la canción se desarrolló antes o simultáneamente al habla. 

Según Darwin (y posteriormente otros autores) (Fitch, 2006; Mithen, 2005; Botha, 2008) previo al lenguaje tal y como lo conocemos hoy, existió un sistema de comunicación “musical” o “protolenguaje”, precursor del primero, que constituyó un rasgo adaptativo sujeto, por tanto, a la selección natural. La música, en el reino animal, sirve para la elección de pareja y se ha comprobado que tiene la capacidad de crear cohesión entre grupos sociales. Aunque también podemos considerar que la música no sería un rasgo especialmente seleccionable, debido a que requiere un alto gasto de energía y podrían atraer a posibles depredadores. A este respecto existen muchas otras hipótesis acerca de los orígenes de la música y el lenguaje. Algunas apuntan al hecho de que la música podría derivar del lenguaje y que, la selección positiva de este último, ha conducido a algo similar en cuanto al canto. Otros autores señalan, en cambio, que para este tipo de selección, la música debería compartir la misma vía cerebral que el lenguaje, lo cual no está aún claramente establecido. La disociación entre enfermedades que afectan a la capacidad lingüística y no a la musical (afasia vs amusia) o viceversa, apoyan la teoría de que estas vías no están tan compartidas (Fitch, 2006). Acerca de este tema se hablará en el siguiente post. 

 

Lo que nos quedaba por no ver

El último número de la revista nature ha impactado considerablemente al mundo de la neurociencia, no tanto por lo que muestra, sino por lo que no se puede ver. Un grupo de investigadores, liderado por Karl Deisseroth (ya hablamos de el en este blog en referencia a la técnica de optogenética, ) ha puesto a punto una técnica que consiste en hacer transparente el cerebro. Y a esta técnica la ha denominado CLARITY (crosslinked to a three-dimensional network of hydrophilic polymers).

Básicamente esta técnica consiste en realizar una fijación de monómeros de hidrogel (acrliamida y bisacrilamida) a proteínas, ácidos nucleicos y otras moléculas de menor tamaño y generar un conjugado muy estable entre ellos. A partir de este conjugado, se podrán extraer todos los lípidos y moléculas que no formen parte del conjugado hidrogel-biomolécula. Se ha desarrollado una electroforesis de órgano que sin alterar prácticamente las condiciones del órgano consigue extraer los lípidos dejando intactos estructuras celulares como sinapsis, espinas dendríticas o proteínas de membrana eliminando las membranas lipídicas que producen dispersión de luz y evitan el paso de macromoléculas (ver la siguiente figura).

Imagen tridimensional del Hipocampo que muestra:
Neuronas (verde), Interneuronas (rojo) y Células de glía (azul)

El siguiente paso consiste en hacer de nuevo visible el cerebro, lo cual se consigue mediante diferentes técinas como son la hibridación  in situ, o microscopía de fluorescencia, que permiten el marcaje selectivo de células mediante anticuerpos combinados con moléculas fluorescentes. El empleo de estas técnicas está muy extendido en la actualidad, pero suelen utilizarse en secciones de tejido, que habitualmente no supera los 15µM de anchura. Por lo tanto CLARITY nos proporciona una herramienta de aproximación al cerebro intacto.


Pero el verdadero impacto de esta técnica no reside en sus imágenes (que también) sino en su aplicación en el proyecto denominado Conectoma humano, que similar al proyecto Genoma Humano en donde se secuenció el genoma humano, pretende conseguir un mapa completo y detallado de las conexiones dentro del cerebro humano.

Os dejo además un vídeo en el que os cuentan mejor que yo pero en inglés esta técnica, desarrollo y aplicaciones, es muy breve y os lo recomiendo.

Por último, creo que es importante destacar que el grupo de investigación no ha patentado esta técnica y la ha publicado junto con el resto de su trabajo (os dejo el link del artículo para aquellos que os interese y tengáis suscripción a Nature) lo cual me lleva a felicitarlos doblemente por su trabajo y  buena voluntad.

http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature12107.html

Os proponemos un plan . 

Después de una ausencia prolongada y como propósito de año, reiniciamos la actividad en el blog, y aunque breve, que mejor manera de hacerlo que proponiendo un plan:

La visita al Museo de Evolución Humana (M.E.H.)  y situado en Burgos, ciudad capital de la provincia homónima. Inaugurado en 2010, en el  se exhiben  los hallazgos del yacimientos de Atapuerca, en el que se encuentran restos de homínidos (Homo heidelbergensis) considerados como los más importantes de su género a nivel mundial, no solo por su antigüedad, de hasta 600.000 años, sino por su excelente grado de conservación, que ha permitido la reconstrucción de estructuras como un cráneo y una pelvis más completos del mundo.  Además, posee una abundante colección de fósiles pertenecientes a la fauna local característica, entre los que se encuentran especies de osos, leones, rinocerontes...

El museo cuenta con un potencial divulgativo sobre evolución digno de la exposición que alberga (por lo cual recomiendo a todos aquellos que no estén muy familiarizados con el tema, que realicen una visita guiada, para poder disfrutar y aprender sin salir abrumados por tal cantidad de información). También se puede visitar el yacimiento de Atapuerca, para ello se puede consultar la web del museo que os dejo a continuación.

http://www.museoevolucionhumana.com/~museoevo/es

Por supuesto, el plan completo incluye una visita a la ciudad, con sus monumentos y edificios característicos que podéis consultar en este enlace http://www.turismoburgos.org/index.php?id=1219 , así como del turismo gastronómico y enológico que la ciudad nos ofrece. 

Feliz Plan.

Optogenética: el arte de iluminar neuronas

La optogenética es una técnica en la que combina la expresión de proteínas sensibles a la luz en neuronas de manera específica, con la precisión temporal necesaria (milisegundos) para que tenga relevancia funcional, desde el punto de vista de un circuito neuronal intacto; y conductual, ya que es una técnica que se puede emplear en el animal despierto.

El pionero en emplear la luz como fuente de estimulación sobre neruonas de Drosophila fue Miesenböck en el año 2002. Sin embargo fueron Ed Boyden y Karl Deisseroth quienes tras expresar con éxito un complejo funcional sensible a la luz en un cultivo de neuronas de mamífero, acuñaron el término de optogenética (Deisseroth et al. 2006).

Pero, ¿en que consiste esta técnica?

Básicamente consiste en expresar unas proteínas que actúan a modo de canales ionicos y que se activan en respuesta a la luz en las células neuronales de los animales de experimentación. Esas proteínas proceden de microorganismos (bacterias y algas unicelulares) y pertenecen a la familia de las opsinas (bacterorodopsinas, canalrodopsinas y halorodopsinas). Se localizan en la membrana celular, generalmente formando un poro, que al abrirse permite el paso selectivo de iones a su través. De esta manera podemos seleccionar el tipo de canal para activar a una neurona o en caso contrario silenciar la actividad de otra. 

Para expresar estos canales podemos hacerlo mediante un modelo de cepa de ratón modificado genéticamente, lo que conlleva al mantenimiento de colonias, o bien mediante un vector vírico (lo cual es más rápido y más barato) que se inyecta directamente en el cerebro del animal. Estos virus son modificados genéticamente para que transporten el gen de los canales ionicos sensibles a la luz, y además un promotor que permita su expresión en poblaciones específicas de neuronas. La estimulación de estos canales requiere una fuente lumínica, y esto se consigue mediante la implantación de una fibra óptica, que mediante cirugía estereotáxica, nos permite aproximarnos con precisión a la región cerebral que nos interesa estudiar. La fuente lumínica que se utiliza puede variar en función de las necesidades, desde una fuente de luz láser, a una de tipo LED.

El auge de esta técnica (nombrada técnica del año 2010 por la revista Nature Methods) se debe principalmente a su precisión temporal (recordad que es de milisegundos). Esto ha permitido profundizar en el conocimiento de las función de circuitos neuronales y de su participación en funciones biológicas tan complejas como la conducta. Por tanto, las aplicaciones de la técnica son diversas, por ejemplo en patologías del sistema nervioso (Parkinson, Alzheimer, esquizofrenia, depresión, trastornos de ansiedad...). Sin embargo sus aplicaciones no quedan restringidas al mundo de la neurociencia. Uno de ellos es la cardiología, modulando la contracción de las células musculares cardíacas, lo que podría suponer un nuevo tratamiento de las arritmias.

Os recomiendo el siguiente vídeo, en el que se explica todo lo que hasta ahora os he comentado yo, pero de manera más visual, en inglés, pero merece la pena.

Pero como cualquier técnica, también tiene aspectos criticables. El empleo de un virus para introducir una secuencia génica, la expresión de proteínas que no son propias de ese animal, junto a la fuente de luz empleada, que podría producir un aumento de la temperatura local, son algunos de sus puntos débiles. No obstante, estos inconvenientes no restan utilidad a esta técnica, cuyo futuro al más corto plazo está en obtener una amplia gama de canales sensibles a la luz que modificados en laboratorio, sean permeables a distintos iones y sensibles a diferentes longitudes de onda.  El futuro más lejano? Aún está por iluminar.

Hoy doy comienzo a este blog dedicado a uno de los campos mas apasionantes de la ciencia: la Neurociencia. Querer entender por qué somos lo que somos hace de la Neurociencia un campo de estudio siempre fascinante.

Imaginar el cerebro como una red de millones de células interconectadas supuso el primer paso hacia el entendimiento de su fisiología y función. Es muy difícil imaginar esa compleja red neuronal, si bien el desarrollo de ciertas técnicas nos ha permitido obtener imágenes de cortes cerebrales comparables con auténticas obras de arte:

A finales de 2007, científicos de la Universidad de Harvard, lograron obtener imágenes sin precedentes al marcar diferencialmente neuronas hasta con 90 colores, con una técnica a la cual denominaron Brainbow (Livet et al., 2007). Brainbow (juego de palabras que combina brain, cerebro, y rainbow, arco iris) es un transgén creado con métodos de clonación estándar que usa diferentes proteínas fluorescentes y el sistema de recombinación Cre/lox.

En este blog se comentarán curiosidades y nuevos avances en el conocimiento de nuestra herramienta más sofisticada de trabajo: el cerebro.