Un equipo de investigación ha desarrollado un microscopio en miniatura que permite a los científicos observar y activar células cerebrales individuales durante su movimiento natural, un avance que podría acelerar la investigación sobre cómo el cerebro controla el comportamiento y al mismo tiempo profundizar en la comprensión de las enfermedades neurológicas.
Observar cómo funciona el cerebro mientras un animal se mueve con naturalidad es uno de los grandes desafíos de la neurociencia. Hasta el momento, la mayoría de las técnicas de imagen cerebral ofrecen una excelente resolución, pero obligan a inmovilizar al animal o dependen de equipos demasiado voluminosos para registrar la actividad neuronal durante un comportamiento normal.
El nuevo microscopio cerebral miniaturizado, desarrollado por investigadores de la Universidad de Colorado, en Estados Unidos, busca superar esa limitación: permite detectar en tiempo real los cambios eléctricos de las neuronas mientras el animal permanece despierto y se mueve libremente.
Cambios eléctricos
El dispositivo, bautizado como Opto2P-FCM, está diseñado para registrar señales de voltaje mediante indicadores fluorescentes codificados genéticamente. Estas moléculas cambian de brillo cuando se modifica el potencial eléctrico de una neurona, lo que ofrece una ventana directa sobre la actividad neuronal.
A diferencia de los microscopios miniaturizados convencionales, que suelen recurrir a indicadores de calcio para seguir la actividad cerebral, el nuevo sistema intenta captar directamente los cambios de voltaje que preceden y acompañan al «disparo» eléctrico de una neurona.
La diferencia es importante, porque los cambios eléctricos que generan los potenciales de acción se producen en cuestión de milisegundos. Para registrarlos es necesario combinar una elevada eficiencia óptica con una cámara suficientemente rápida.
Reducción de tamaño y potencia visual
El equipo incorporó una óptica con una apertura numérica de 0,6 y un sensor capaz de adquirir imágenes a unos 500 fotogramas por segundo. En las pruebas, el microscopio cerebral llegó a registrar señales a 530 hercios, lo que permitió identificar los picos eléctricos neuronales con una relación señal-ruido superior a tres.
El reto no consistía únicamente en reducir el tamaño del microscopio. Las señales fluorescentes asociadas a los cambios de voltaje son muy débiles y, por lo tanto, cualquier pérdida de luz puede ocultarlas bajo el ruido. Todos estos detalles se desarrollan en un estudio publicado en la revista Optica.
Los investigadores diseñaron de forma específica el sistema óptico para recoger una mayor cantidad de luz y lo combinaron con un indicador que presenta una respuesta fluorescente más estable y pronunciada ante las variaciones de voltaje. El resultado es un instrumento de unos 16,4 gramos, con un campo de visión de 250 micras y una distancia de trabajo de entre 1,3 y 1,6 milímetros.
Rendimiento óptico de Opto2P-FCM para imágenes 2P y fotoestimulación modelada y comparación con imágenes 2P de haz de fibras coherentes. / Crédito: Optica (2026). DOI: 10.1364/optica.596857
Análisis cerebral en movimiento
Las primeras pruebas se realizaron en ratones despiertos, comparando las mediciones obtenidas con el Opto2P-FCM con las de un microscopio de sobremesa convencional. Los registros mostraron una calidad de señal comparable, lo que apunta a que un sistema mucho más pequeño puede conservar información relevante sobre la dinámica eléctrica de las neuronas.
El objetivo final es llevar esta capacidad a animales que se comporten sin restricciones, de modo que la actividad cerebral pueda estudiarse junto con conductas como la exploración, la navegación o las interacciones sociales, de acuerdo a una nota de prensa.
El desarrollo se apoya en una línea de investigación que durante los últimos años ha tratado de convertir los microscopios cerebrales en dispositivos cada vez más ligeros y versátiles.
Referencia
Opto2P-FCM: a MEMS-based miniature two-photon microscope with two-photon patterned optogenetic stimulation. Gregory L. Futia et al. Optica (2026). DOI:https://doi.org/10.1364/OPTICA.596857
Procesos cognitivos y enfermedades neurológicas
Otros sistemas miniaturizados del mismo ámbito han permitido obtener imágenes de estructuras cerebrales en profundidad o registrar actividad en amplias regiones de la corteza en animales que se comportan libremente.
La relevancia del Opto2P-FCM está precisamente en combinar libertad de movimiento y resolución temporal. Si las neuronas pueden observarse mientras un animal ejecuta una conducta natural, los investigadores pueden relacionar con mayor precisión los patrones eléctricos de células individuales con procesos como la memoria, el aprendizaje o la navegación espacial.
También abre la puerta a estudiar cómo se altera la actividad de los circuitos neuronales en modelos de enfermedades neurológicas y neurodegenerativas: sin embargo, aún quedan desafíos a superar.
Por ejemplo, aunque el peso actual del dispositivo es compatible con animales de mayor tamaño, los investigadores trabajan para reducirlo y facilitar su utilización en otras especies.
Fuente: Levante – EMV
