Los científicos desarrollan una nueva forma de escuchar el lenguaje oculto del cerebro
Durante décadas, la neurociencia ha escuchado solo la mitad de la conversación del cerebro. Una nueva tecnología permite ahora captar los susurros químicos entre neuronas, lo que abre una vía inédita para entender cómo pensamos, aprendemos y recordamos.
Por Enrique Coperías
Científicos del Allen Institute, en Estados Unidos, han desarrollado unos sensores capaces de escuchar las señales químicas entre neuronas, un avance clave para entender el cerebro. Crédito: IA-DALL-E-©RexMolón Producciones
Los neurocientíficos han tratado de descifrar el lenguaje del cerebro escuchando sobre todo sus gritos más audibles: las descargas eléctricas de las neuronas, los picos de calcio que recorren sus cuerpos o las señales recogidas por electrodos implantados en el tejido cerebral.
Sin embargo, gran parte de la conversación neuronal —el murmullo constante que precede a cada pensamiento, percepción o recuerdo— ha permanecido prácticamente inaudible. Ese diálogo se produce en las sinapsis, los diminutos puntos de contacto donde las neuronas intercambian mensajes químicos en forma de neurotransmisores.
Ahora, un grupo internacional de investigadores ha desarrollado una tecnología que permite, por primera vez, escuchar ese lenguaje oculto del cerebro con una precisión sin precedentes.
El papel del glutamato en la comunicación neuronal
El avance se basa en una nueva generación de sensores fluorescentes capaces de detectar el glutamato, el principal neurotransmisor excitador del cerebro. Estas moléculas actúan como mensajeros químicos: cuando una neurona quiere comunicarse con otra, libera glutamato en la sinapsis, activando así al receptor situado al otro lado.
El problema es que este proceso es extremadamente rápido y sutil. Cada impulso nervioso libera apenas unos miles de moléculas de glutamato, que desaparecen del espacio sináptico en menos de una milésima de segundo.
Captar ópticamente ese instante fugaz ha sido, hasta ahora, uno de los grandes retos de la neurociencia.
iGluSnFR4, la tecnología que cambia el paradigma en neurociencia
La nueva tecnología, denominada iGluSnFR4, supone un salto cualitativo respecto a los sensores anteriores. No se trata de un único indicador, sino de dos variantes complementarias, diseñadas para responder a necesidades distintas:
✅ Una de ellas es ultrarrápida, pensada para seguir señales neuronales muy breves y repetidas.
✅ La otra es más lenta, pero mucho más sensible, ideal para observar grandes poblaciones de sinapsis al mismo tiempo.
Juntas, amplían de forma radical el alcance de lo que los científicos pueden observar dentro de un cerebro vivo.
Kaspar Podgorski (izquierda), doctor en Neurociencia y científico sénior, y Abhi Aggarwal , investigador asociado, muestran en la pantalla de su portátil los dos tipos de neurosensores que han desarrollado, el iGluSnFR4f y el iGluSnFR4s. Cortesía: Allen Institute
Escuchar las entradas del cerebro, la pieza que faltaba
Hasta ahora, la mayoría de los métodos ópticos se centraban en la actividad eléctrica de las neuronas o en las señales de calcio asociadas a los potenciales de acción. Estas técnicas han sido extraordinariamente útiles, pero ofrecen una visión incompleta: muestran cuándo dispara una neurona, pero no qué información sináptica recibe ni cómo la integra.
Las sinapsis, donde convergen miles de entradas neuronales sobre una sola célula, son el lugar donde realmente se decide si una neurona activará o no su señal de salida. Poder observar esas entradas sinápticas en tiempo real equivale a pasar de oír el resultado final de una conversación a escuchar cada frase que la compone.
«Es como leer un libro con todas las palabras desordenadas, sin entender el orden de las palabras ni cómo están colocadas —explica Kaspar Podgorski, autor principal del estudio y científico sénior del Allen Institute, en Estados Unidos. Y añade—: Creo que lo que estamos haciendo aquí es añadir las conexiones entre esas neuronas y, al hacerlo, ahora entendemos el orden de las palabras en las páginas y lo que significan».
Sensores modificados con ingeniería molecular
Los sensores iGluSnFR no son nuevos. Versiones anteriores ya permitían visualizar la liberación de glutamato en condiciones controladas, incluso detectar la liberación de una sola vesícula sináptica en experimentos muy optimizados. Pero tenían limitaciones importantes: eran relativamente poco brillantes, su señal se confundía con el ruido cuando se intentaba observar muchas sinapsis a la vez y su velocidad de respuesta imponía fuertes restricciones a los experimentos. La nueva generación supera estos obstáculos gracias a un exhaustivo trabajo de ingeniería molecular.
Los investigadores modificaron sistemáticamente la estructura del sensor original mediante la introducción de combinaciones de mutaciones en puntos clave de la proteína. No fue un proceso de ensayo y error al azar, sino una exploración casi exhaustiva del espacio molecular de posibilidades: se generaron miles de variantes, que fueron cribadas primero en cultivos neuronales y después en cerebros de ratón vivos.
El objetivo era encontrar sensores más brillantes, más sensibles y con cinéticas ajustables, capaces de adaptarse a distintos tipos de experimentos en neurociencia.
🗣️ «Los neurocientíficos tenemos formas bastante buenas de medir las conexiones estructurales entre neuronas y, en experimentos separados, podemos medir lo que algunas neuronas del cerebro están diciendo, pero no hemos sido buenos a la hora de combinar estos dos tipos de información. Es difícil medir qué neuronas están hablando con cuáles —señala Podgorski. Y añade—: Lo que hemos inventado aquí es una manera de medir la información que llega a las neuronas desde distintas fuentes, y esa era una pieza fundamental que faltaba en la investigación en neurociencia».
Dos tipos de sensores: uno lento y otro rápido
Como cuentan Podgorski y sus colegas en la revista Nature Methods, el resultado del proceso fueron dos sensores con personalidades funcionales bien definidas:
1️⃣ El iGluSnFR4f es la versión rápida, y se activa y desactiva en apenas unas decenas de milisegundos. Esto permite seguir con precisión señales sinápticas que se repiten a gran velocidad, como las que se producen durante el procesamiento sensorial o el movimiento. Además, su rapidez reduce el solapamiento espacial de las señales, lo que mejora la resolución neuronal y permite distinguir sinapsis muy cercanas entre sí.
2️⃣ El iGluSnFR4s corresponde a la versión lenta, y sacrifica velocidad a cambio de sensibilidad extrema. Su señal dura más tiempo, integrando la liberación de glutamato y produciendo una fluorescencia más intensa. Esto la hace especialmente útil cuando se quiere observar de forma simultánea la actividad de cientos o miles de sinapsis, o cuando se emplean técnicas como la fotometría de fibra óptica, que no generan imágenes detalladas, sino señales globales de regiones profundas del cerebro.
Con estas herramientas, los investigadores realizaron una serie de experimentos que ilustran el cambio de paradigma en neurociencia que supone la nueva tecnología.
Investigadores del Allen Institute utilizan microscopios de alta precisión para visualizar los nuevos indicadores iGluSnFR y estudiar cómo las neuronas procesan información en el cerebro vivo. En la imagen, dos científicos ajustan uno de estos microscopios. Cortesía: Allen Institute / Erik Dinnel
Qué permite observar esta tecnología en cerebros vivos
En la corteza visual de ratones, por ejemplo, los investigadores pudieron observar cómo distintas sinapsis de una misma neurona respondían de manera selectiva a estímulos visuales concretos, como líneas en movimiento con una orientación específica. Cada espina dendrítica —una pequeña protuberancia donde se concentra una sinapsis— mostraba su propio perfil funcional, y revelaba una diversidad que hasta ahora solo podía inferirse de forma indirecta.
En otras regiones, como el hipocampo, implicado en la memoria, los sensores permitieron registrar señales sinápticas a gran profundidad dentro del tejido cerebral, algo especialmente difícil con técnicas ópticas convencionales. Y en el sistema somatosensorial, encargado del tacto, la versión rápida del sensor fue capaz de seguir la avalancha de señales que llegan a la corteza cuando un ratón mueve sus bigotes para explorar el entorno, incluso a frecuencias superiores a las que se producen de forma natural.
Uno de los aspectos más prometedores del avance es su aplicación a técnicas de registro más simples y extendidas, como la fotometría cerebral. En experimentos realizados en el área tegmental ventral, una región clave del sistema de recompensa, el sensor iGluSnFR4s detectó con gran claridad las señales de glutamato asociadas a la obtención de una recompensa. La amplitud de estas señales superó con creces la de los sensores anteriores, lo que abre la puerta a estudios más sensibles sobre motivación, aprendizaje y adicción.
Un avance impulsado por la colaboración científica internacional
Este gran paso en la neurociencia ha sido posible gracias a una colaboración científica internacional entre centros punteros en neurociencia, subrayan los autores. «El éxito de iGluSnFR4 se debe a la estrecha colaboración que iniciamos en el HHMI Janelia Research Campus entre el equipo del proyecto GENIE y el laboratorio de Kaspar. Ese trabajo se ha ampliado con la extraordinaria caracterización in vivo realizada por el grupo del Dinámica Neural del Allen Institute —afirma Jeremy Hasseman, científico del HHMI Janelia Research Campus. Y continúa—: Este ha sido un gran ejemplo de colaboración entre laboratorios e institutos para hacer posibles nuevos descubrimientos en neurociencia».
Destellos de glutamato
Vídeo de neuronas en cultivo observado a alta velocidad. Los destellos de luz muestran cómo las células nerviosas liberan pequeñas cantidades de glutamato, el mensajero químico que utilizan para comunicarse, incluso cuando su actividad está bloqueada. Cortesía: Allen Institute
Más allá de los resultados concretos, lo verdaderamente revolucionario es el cambio conceptual que introducen estos sensores. Durante años, la neurociencia ha estado limitada por una asimetría tecnológica: se podían registrar con facilidad las salidas neuronales, pero no sus entradas sinápticas. Esto ha condicionado las teorías sobre cómo se procesa la información en el cerebro. Con herramientas como la iGluSnFR4, esa asimetría empieza a desaparecer. Los investigadores pueden observar directamente cómo se combinan miles de señales sinápticas, cómo influyen en la decisión de una neurona de disparar y cómo cambian con la experiencia.
Aplicaciones médicas y nuevas vías de investigación
Las implicaciones van mucho más allá de la investigación básica. El glutamato está implicado en numerosos trastornos neurológicos y psiquiátricos, desde la epilepsia hasta el Alzheimer o la esquizofrenia. Poder medir con precisión su liberación y su dinámica en cerebros vivos podría ayudar a entender mejor estas enfermedades y a evaluar el efecto de nuevos fármacos de forma más directa.
Como ocurre con toda herramienta científica poderosa, también plantea nuevos desafíos. La enorme cantidad de datos neuronales generados por estos sensores exige métodos avanzados de análisis computacional y modelos teóricos capaces de interpretar lo que se observa. Escuchar el lenguaje oculto del cerebro es solo el primer paso; comprenderlo será una tarea aún más compleja.
Aun así, el avance marca un antes y un después en la neurociencia. Por primera vez, los neurocientíficos disponen de un micrófono lo bastante sensible y rápido como para captar las palabras susurradas entre las neuronas. Un murmullo que, poco a poco, empieza a revelarse como la clave para entender cómo el cerebro piensa, aprende y recuerda.▪️
Información facilitada por el Allen Institute
Fuente: Aggarwal, A., Negrean, A., Chen, Y. et al. Glutamate indicators with increased sensitivity and tailored deactivation rates. Nature Methods (2025). DOI: https://doi.org/10.1038/s41592-025-02965-z
