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Biomedicina

¿Para qué sirve la misteriosa luz que se produce y transmite dentro del cerebro?

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Desde hace años se sabe que se generan millones de fotones en el cerebro, pero nadie sabe para qué sirven. Las ultimas investigaciones intentan desentrañar este misterio que podría esconder procesos cuánticos responsables de la propia conciencia 

  • por Emerging Technology From The Arxiv | traducido por Maximiliano Corredor
  • 19 Septiembre, 2017

He aquí una pregunta interesante: ¿hay canales de comunicación óptica en el cerebro? La idea puede parecer algo loca, pero hay varias señales sutiles que hacen que merezca la pena investigarlo. Muchos organismos producen luz para comunicarse, para atraer a compañeros y cosas así. Hace 20 años los biólogos descubrieron que los cerebros de las ratas también producen fotones en ciertas circunstancias. La luz es débil y difícil de detectar, pero los neurocientíficos se sorprendieron por el propio hecho de encontrarla.

Desde entonces, la evidencia ha aumentado. Los llamados biofotones parecen producirse de forma natural en el cerebro y en otros lugares por la desintegración de ciertas especies moleculares excitadas electrónicamente. Los cerebros de mamíferos producen biofotones con una longitud de onda entre 200 nanómetros y 1.300 nanómetros, es decir, desde el infrarrojo cercano hasta el ultravioleta, por lo que una gran parte del espectro correponde a la franja visible por el ojo humano.

Figura: Anatomía de una neurona y propiedades ópticas del axón

Si las células del cerebro producen biofotones de forma natural, es lógico preguntarse si la naturaleza puede haber aprovechado este proceso para transmitir información. Para que esto suceda, los fotones deben ser transmitidos de un lugar a otro, y eso requiere algún tipo de guía de ondas, como una fibra óptica. Entonces, ¿qué estructura biológica podría realizar esa función?

Hoy recibimos una especie de respuesta gracias al trabajo de del investigador de la Universidad de Calgary (Canadá) Parisa Zarkeshian y algunos compañeros. El equipo ha estudiado las características ópticas de los axones, las partes alargadas con forma de filamento de las células nerviosas. Según sus resultados, la transmisión de fotones a distancias de centímetros parece totalmente factible dentro del cerebro.

El trabajo es una revisión de estudios y experimentos previos con axones. El equipo primero revisó un estudio que calculó las propiedades ópticas de los axones mielinizados resolviendo las famosas ecuaciones electromagnéticas de Maxwell en tres dimensiones para determinar las propiedades ópticas de la célula.

Este estudio sugiere que el recubrimiento externo de un axón, su vaina de mielina, puede actuar como una guía de ondas para canalizar biofotones. Pero también señala que hay una amplia gama de factores capaz de influir en este fenómeno, para dispersar la luz o absorberla.

Entre estos factores figuran la curva del axón, los cambios en el radio de la vaina, las secciones transversales no circulares y así sucesivamente. Todos estos elementos pueden influir en la transmisión de la los biofotones por el cerebro.

Zarkeshian y sus coautores concluyen que los axones de unos dos milímetros de largo, que es la longitud  media de los axones en el cerebro, podrían transmitir entre un 46% y un 96% de los biofotones que entren en ellos. La investigación matiza: "Vale la pena señalar que los fotones pueden propagarse en cualquier dirección: desde el terminal del axón hasta el cono axónico o en la dirección opuesta a lo largo del axón".

El equipo también calcula las tasas de comunicación de datos que esto permitiría. Los biólogos calculan que el cerebro de una rata genera un fotón por neurona por minuto. Aunque parezca poco, hay 1011 neuronas en un cerebro humano, lo que sugiere que se podrían producir más de 1.000 millones de fotones por segundo.

"Este mecanismo parece suficiente para facilitar la transmisión de un gran número de bits de información, o incluso permitir la creación de una gran cantidad de entrelazamientos cuánticos", afirma Zarkeshian. Por supuesto, hay numerosas incertidumbres en estos cálculos. Nadie conoce las propiedades ópticas precisas de las vainas de mielina, por ejemplo, porque nunca se han medido.

La mejor manera de averiguar más sería analizar las propiedades de transmisión óptica del tejido cerebral. Zarkeshian y colaboradores sugieren una serie de experimentos directos que harían avanzar este campo de investigación. "Una forma es iluminar un extremo de una delgada lámina de tejido cerebral y buscar en el otro extremo los puntos brillantes relacionados con los extremos abiertos de los axones mielinizados", dicen. Y hay más enfoques distintos esperando a ser analizados por cualquier neurólogo con un poco de tiempo libre.

Todo esto da lugar a una pregunta aún más importante. Si nuestros cerebros tienen canales ópticos de comunicación, ¿para qué sirven? Esta es una pregunta que da vía libre a la especulación.

Una idea podría ser que los fotones son buenos portadores de información cuántica. Muchas personas han teorizado que los procesos cuánticos pueden estar detrás de algunos de los procesos más misteriosos del cerebro, entre los cuales nada menos que la conciencia misma. Zarkeshian y sus colegas están claramente enamorados de esta idea.

Pero esto no es más que especulación desaforada. La comunicación cuántica requiere mucho más que los canales de comunicación óptica. También debe haber mecanismos capaces de codificar, recibir y procesar información cuántica. Es posible que existan moléculas sensibles a la luz en el cerebro, pero hay pocos indicios de esto y aún menos de que sirvan como procesadores cuánticos.

Sin embargo, este tipo de pensamiento es emocionante y vale la pena investigarlo a un nivel básico. Si la naturaleza produce biofotones, la evolución bien pudo haber encontrado una manera de utilizarlos. La cuestión es cómo.

Ref: arxiv.org/abs/1708.08887: Are There Optical Communication Channels in the Brain?

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