SLEEP

WHY DO WE  HAVE  TO  SLEEP?

A recent article written by Christoph Nissen (U of Freiburg/published in Nature Communications, explains in part the reasons that induce sleep, responding to questions asked on this issue since the beginning of time. According to Nissen, people who are awake and active have at the end of the day, their neurons as interconnected and muddled with electrical activity that their  brain synaptic connections related to memory and learning, are  deteriorated. After absorbing all kinds of information during the day, sleep is the norm to restart properly human brain connectivity, crucial to remember and learn. Do not believe that sleep is a process of total rest. In contrast, this continues to be an active process (as evidenced by functional brain scans and REM and non-REM processes aimed to disentangle synapses). When we are awake and active, the brain learns new things while preserving and strengthening long-term synaptic activity processes that require enormous energy expenditure that can cause at the end of the day a synaptic saturation. According to Nissen, the dream re-normalizes altered synaptic activity promoting synaptic plasticity processes. Without sleep our brains are more excitable, our  memory poorer, our synapses and neurons are densely connected as we learn, to reach a state which hinders their answers.

PORQUE DORMIMOS?

Un reciente artículo de Christoph Nissen (U de  Freiburg/publicado en Nature Communications,  aclara  en parte las razones que inducen el   sueño, respondiendo así a preguntas realizadas a este respecto desde el inicio de los tiempos. Según Nissen, las  personas que están despiertas y activas  tienen al final del día, sus neuronas tan interconectadas y embrolladas con actividad eléctrica que las conexiones sinápticas cerebrales relacionadas con la  memoria  y  el aprendizaje, se deterioran.  Tras   absorber todo tipo de información durante el día, el sueño  es la norma  para   reiniciar apropiadamente la conectividad cerebral humana,  fase crucial  para  recordar y aprender. No se  crea  que el  sueño es un proceso de reposo total. Contrariamente, este   continúa siendo un proceso  activo (como lo demuestran las tomografías cerebrales funcionales y los procesos REM y No REM, tendientes a desembrollar las sinapsis). Cuando estamos despiertos y activos, el cerebro aprende cosas nuevas  preservando y consolidando  la memoria a largo plazo, procesos con  actividad sináptica que requieren  un enorme gasto energético capaz de causar al final del dia  una gran  saturación sinaptica. Según Nissen, el sueño   re-normaliza la  actividad  sináptica alterada al promover  procesos de plasticidad sináptica.  Sin dormir nuestros cerebros son más excitables, nuestra memoria más  deficiente, nuestras sinapsis y  neuronas están   densamente conectadas mientras aprendemos, hasta llegar a un estado que dificulta sus respuestas.     

HUMAN CONNECTOME PROYECT

CONNECTOME : PROS  and    CONS

Sebastian Seung (MIT, Howard Hughes I., Princeton U.) and the team of young researchers who work  with him,  perform faithful 3D reconstructions of   brain   neural connections in mice, waiting for years to complete a 3D map of the 100 billion neurons connections from the  human brain (Human Connectome). The further analysis of all connections (Connectomics), will  allow -according to  Seung- discover how the human brain compute. Although the first connectome (worm: C elegans), was developed 29 years ago, today, we have  partial connectomes of   primary visual cortex and retina of a mouse. Seung, expects to complete the connectome of a mouse by  the year  2025. Seung critics argue that once completed the Human Connectome, it could suffer the same fate as The  Human Genome Project: not explain how the brain works. Seung clarifies that its objective is to determine the structure and pathways of neuronal interconnections, to understand its operation and increase our understanding of the emergence of functional brain states from these interconnections. The scientist hopes that once completed the first human connectome be discovered: a) how  neurons compute after  receiving  information, for which it is important to know all  interconnections b) some conectomopaties will be  discovered. Some psychiatric disorders such as schizophrenia, exhibit  healthy neurons  so, these patients perhaps have faulty  interconnections. c) the hypothesis that  memory is stored in neuronal intereconnections will be cleared if it is proved that memory is  released under the stimulus of a sequential  firing  of activated neurons. Seung argues that once completed the human connectome it would be possible to repair damaged roads. After watching the brain in computable terms, Seung theorizes its operation: I) initial structural axes of connectome are axons, dendrites, neurons and synapses, initially influenced by genes II) connectome interactions with the outside and inner world, determine an incessant brain activity explicit in thoughts, feelings, emotions, the same as according to their intensity would add or eliminate neuronal branches, would increase or decrease the size of synapses, making  connectome be re-structured throughout our lives, forming unique personalities.

CONECTOMA : EN    DEBATE

Sebastian Seung (MIT, Howard Hugues I., Princeton U.) y  el  equipo  de  jóvenes  investigadores que lo secunda, realizan  fieles reconstrucciones 3D de las conexiones neuronales intracerebrales de ratones, esperando en los próximos años completar un   mapa 3D,  de las conexiones de las 100 billones de neuronas del  cerebro humano (conectoma humano). El  análisis posterior de la totalidad de las conexiones : Conectomica,  permitirá -según Seung-  descubrir como computa,  el cerebro humano. Aunque el primer  conectoma (gusano: C elegans), fue elaborado hace 29  años,  en la actualidad, se cuenta con conectomas  parciales de  la corteza visual primaria y  retina de un ratón. Seung,  espera completar el conectoma  de un ratón el 2025. Los críticos de Seung, sostienen   que  una vez completado  el  conectoma humano,  podría correr  la misma suerte del Proyecto Genoma Humano : no explicar  cómo funciona el cerebro.  Seung, aclara   que su  objetivo  es  determinar la estructura y vías de las interconexiones neuronales, para comprender su funcionamiento e incrementar  nuestra comprensión de la emergencia de estados funcionales cerebrales, a partir de   estas interconexiones. El científico,   espera que una vez  terminado  el primer   conectoma humano  se  descubrirá : a) como computan  las neuronas la información que reciben,  para lo cual importa conocer la totalidad de las interconexiones.  b) Se descubrirán algunas  conectomopatias. Algunas  enfermedades psiquiátricas como la esquizofrenia, exhiben   neuronas saludables,   por lo tanto,  podrían tener más bien   problemas en las  interconexiones.  c) Se aclarara la hipótesis  que sostiene que la  memoria   almacenada en las intereconexiones  neuronales,  libera el recuerdo estimulada secuencialmente  por un grupo de neuronas activadas. Seung aduce, que  una vez   completado el conectoma humano,  será  posible  reparar las vías dañadas.   Tras visionar al cerebro en términos computables, Seung  teoriza  su funcionamiento :  I) los ejes estructurales iniciales   del  conectoma  son los axones, las dentritas, las neuronas y las sinapsis, influenciadas inicialmente por los genes  II) las interacciones del   conectoma con el mundo exterior e interior,  determinan  una   incesante actividad cerebral explicitada en pensamientos,  sensaciones, emociones, las mismas que de acuerdo a su intensidad   agregarían o eliminarían  ramas neuronales, incrementarían o  disminuirían  el tamaño de las sinapsis,  haciendo que las vías del conectoma  se re-estructuren   a lo largo de nuestras  vidas, conformando personalidades únicas. 

SHORT and LONG TERM MEMORY

I) One of the most important discoveries of recent years in the field of neuroscience is linked to the knowledge of the physiological basis of short-term memory (small amounts of information, held by 20 to 30 seconds) and long-term memory (storage of unlimited amounts of information, for decades). Maker of such discoveries is Eric Kandel (Nobel Prize for Physiology and Medicine, 2000), for studies in a marine slug: Aplysia (holder of 20,000 neurons, some easily recognized by their large size), foreseeing a prosperous future for brain’s enhancing drugs, which could even allow manipulation of our memories. To achieve the previous Kandel converged methodologically areas of cognitive psychology, neuroscience, molecular biology and brain images creating a new synthesis, a new way of seeing the brain and mind. II) For Kandel, short-term memory requires covalent modification of preexisting synapses, the same ones that can gradually become long-term memory by repeating the stimulus (which means perfection) and association. On the other hand, the long-term memory needs synthesis of new proteins and cyclic enzymes linked to specific memory genes. This kind of memory form also additional synapses between neurons. To activate enzymes of the cascade of cyclic AMP (cAMP), there are several neurotransmitters that increase the concentration of cAMP. According to Kandel injecting cAMP directly into neurons of Aplysia (or blocking this effect with inhibitors of cAMP), strength or blocks the memory, showing that memory can change our brains.

III) An interesting fact is that the memory is reinventing itself all the time. Each time you remember something, memory is altered depending on the context. To Kandel who would love to know why some memories persist forever (memories of first love), call his attention to discover a protein called CPEB, that allows such self-perpetuation. IV) Many of the molecules involved in memory are also found in other cells fulfilling other functions. The memory recruits and combine them, generating new forms. V) Since the brain has approximately 1015 synapsis, its maximum capacity of 100 TByte, emerge as a figure easily to be overtaken by modern computers, but now the problem is not quantity but quality. One PC can not recognize human faces with ease, nor sustain appropriately a glass vase. VI) According to Kandel prospecting of these investigations is the futuristic generation of pills for the memory for those who lose it, by age, accidents or illnesses. Also cognitive pills to help people who have problems with learning, expecting that these drugs will slowly change our way of thinking and our culture. VII) Faced with the question of whether suspects in court or job seekers ought to be subjected to brain screenings, Kandel said that this should not be allowed in democratic societies. Governments are not entitled to such information, which is not a ban to study in detail the mind. It is the duty of society to care this knowledge not being badly used.

MEMORIA de CORTO y LARGO PLAZO.

I) Uno de los descubrimientos más importantes de los últimos años, en el campo de la neurociencia es el relacionado con el conocimiento de las bases fisiológicas de las memorias de corto plazo (pequeñas cantidades de información, retenidas por 20 a 30 segundos) y la de largo plazo (almacenamiento de cantidades ilimitadas de información por décadas). Artifice de tales descubrimientos es Eric Kandel (Nobel de Medicina y Fisiologia 2000), por estudios en un molusco marrino : Aplysia (poseedora de 20000 neuronas, algunas fáciles de reconocer por su gran tamaño), avizorándose un próspero futuro para drogas potenciadoras de nuestro cerebro, que podrian permitir incluso la manipulación de nuestras memorias. Para lograr lo anterior Kandel convergió metodológicamente áreas de psicologia cognitiva, neurociencia, biologia molecular e imágenelogia cerebral creando una nueva síntesis, un nuevo modo de ver el cerebro y la mente.II) Para Kandel, la memoria de corto plazo requiere la modificación covalente de sinapsis preexistentes, las mismas que pueden convertirse gradualmente en memoria de largo plazo por repetición del estimulo (que implica perfección) y asociación. De otro lado, la memoria de largo plazo necesita síntetizar nuevas proteínas y recurrir a enzimas ciclicas conectadas a genes especificos de la memoria. Memoria que gesta asimismo sinapsis adicionales entre las neuronas. La conexión enzimática requiere la activación de la cascada del AMP ciclico (cAMP), existiendo varios neurotransmisores que incrementan las concentrationes del cAMP. Según Kandel inyectando directamente el cAMP en neuronas de Aplisya o bloqueando este efecto con inhibidores del cAMP, se refuerza o bloquea la memoria, demostrando que la memoria puede cambiar nuestros cerebros.

III) Un hecho interesante es que la memoria se reinventa todo el tiempo. Cada véz que se recuerda algo, se modifican los recuerdos, dependiendo del contexto. A Kandel a quien le fascina saber porque algunas memorias persisten por siempre (recuerdos del primer amor), le llamo la atención descubrir una proteina llamada CPEB que permite tal auto-perpètuación. IV) Muchas de las moléculas que intervienen en la memoria también se encuentran en otras células cumpliendo otras funciones. La memoria las recluta, las combina generando formas nuevas. V) Desde que el cerebro tiene aproximadamente 1015 synapsis, su capacidad máxima de 100 TByte, emerge como una cifra fácil de ser superada por las modernas computadoras, aunque de momento el problema no sea cantidad, sino calidad. Una PC no puede reconocer caras humanas con facilidad, ni sostener congruentemente un vaso de vidrio. VI) Según Kandel la prospección de estas investigaciones es la generación futurista de píldoras para la memoria para aquellos que las pierden por edad, accidentes o enfermedades. Tambien píldoras cognitivas para ayudar a personas que tienen problemas con el aprendizaje, esperándose que estas cambien lentamente nuestro modo de pensar y nuestra cultura. VII) Frente a la pregunta de si sospechosos en la corte o buscadores de trabajo merecerian ser sometidos a screenings cerebrales, Kandel dice que esto no debe ser permitido en sociedades democráticas. Los gobiernos no tienen derecho a tal información, lo que no es una proscripcion para estudiar la mente en detalle. Es deber de la sociedad evitar que sean mal usados.

HOW MEMORY FUNCTION.

In an amazing experiment, americans and Israelis researchers prompted to see short films (5-10 seconds in length) to 13 severe epileptic, while small electrodes recorded discharges of at least 100 of their brain neurons, located in the hippocampus. When shortly after they were urged to remember the movies, were activated again the same neurons that fired during the watched film (including 2 seconds before, that epileptics were aware of this).

Researchers believe they have registered part of the operation of short-term, episodic and associative memory. The important thing is that memory is not aimed at registering specific symbols, but have wide margins of freedom, registering only of the most important parts of remembrance. Itzhak Fried, add that neurons in the hippocampus, not act alone,they are part of a circuit of million of neurons. Through studies on mice, it is known that in the hippocampus is located the spatial memory, able to predict where will move an animal even if he has made a wrong move. By inference, it is thought that humans adapted these neural cells of the hippocampus to registry sounds, smells, chronology, association of experiences and to consolidate, reshape and enhance memory whenever it was requested. The work will help to understand diseases such as Alzheimer's and others when is quickly lost the ability to recall past experiences and why some recalls emerge from nowhere.

FUNCIONAMIENTO de la MEMORIA

En un experimento crucial, investigadores americanos e israelíes instaron a 13 epilépticos severos a ver películas cortas de entre 5-10 segundos de duración, al mismo tiempo que pequeños electrodos registraban las descargas de por lo menos 100 de sus neuronas cerebrales, ubicadas en el hipocampo cerebral. Cuando poco después se les instaba a recordar las películas que acababan de ver, se activaban (descargaban actividad eléctrica), las mismas neuronas que registraron la película (incluso 2 segundos antes, que los epilépticos fueran conscientes de ello).

Los investigadores creen haber registrado con ello, parte del funcionamiento de la memoria de corto plazo, la episódica y la asociativa. Lo importante es que la memoria no esta orientada al registro de simbolos especificos, sino que dispone de amplios margenes de libertad, existiendo catálogos de solo las partes mas importantes del recuerdo. Itzhak Fried, agrega que las neuronas del hipocampo, no actúan solas, son parte de un circuito de millones. Merced a estudios en ratones, se sabe que en el hipocampo se ubica la memoria espacial, capaz de predecir hacia donde se moverá un animal aun cuando haya realizado un movimiento equivocado. Por inferencia, se piensa que los humanos adaptaron estas células del hipocampo al registro de sonidos, olores, cronología, asociación de experiencias y a consolidar y retocar la memoria cada vez que era requerida. El trabajo ayudara a comprender enfermedades como el Alzheimer y otras en las que rapidamente se pierde la habilidad para recordar experiencias pasadas y porque algunas memorias salen de la nada.