Un equipo multidisciplinario de neurocientíficos y criptógrafos de Estados Unidos desarrollaron un sistema de contraseña que se asegura de mantener la clave en secreto… incluso para quien la posee.
El sistema criptográfico, llamado Serial Interception Sequence Learning (SISL), fue ideado por Hristo Bojinov de la Universidad de Stanford y amigos de Northwestern y del SRI, y está basado en el aprendizaje implícito, un proceso mediante el cual se puede absorber nueva información sin estar realmente consciente de ello.
Mediante un juego de computadora especialmente diseñado para aprender el password, parecido a Guitar Hero, el sistema ‘guarda’ la información en una zona específica del cerebro a la que no se puede accesar por voluntad propia, pues queda en el subconsciente esperando ser utilizada.
Antes de iniciar, el juego crea una secuencia aleatoria de 30 letras escogidas entre S, D, F, J, K, y L, sin caracteres repetidos. Hay seis botones, y cuando comienza, el usuario tiene que presionar el botón de la letra correspondiente cuando el círculo llega a la parte inferior.
La sesión dura aproximadamente 45 minutos, y el 80% de las pulsaciones de teclas realizadas están utilizandose para inconscientemente introducirte la contraseña de 30 caracteres. Un password tan largo como ese es millones de veces más seguro que un password promedio capaz de ser recordado.
Quizá a algunas personas no se les venga de inmediato a la mente las ventajas de poseer un password imposible de recordar de manera consciente, pero habrá quienes desearán que esto hubiera sido posible antes de tener que entregar la contraseña por orden de un juez.
Si no puedes recordar un password, no hay manera de que alguien lo obtenga mediante coacción o tortura, y será verdad cuando digas “lo siento, no puedo recordarlo”.
Veritas Scientific, una nueva compañía de productos y servicios neurocientíficos con un sitio web inferior, está creando un casco para leer la mente que amenaza con invadir la privacidad de nuestros pensamientos.
Si bien el producto por sí mismo pudiera no ser alarmante, lo que Eric Elbot, director ejecutivo de la compañía, dijo a la revista IEEE Spectrum sí lo es: “El último reino de la vida privada es tu mente. Esto lo invadirá”.
El casco será similar a los de motocicleta, y tendrá sensores que leerán la actividad del cerebro conforme éste responde a imágenes que parpadean a través del visor. Ya que el reconocer indica memoria y la memoria indica conocimiento, Veritas tiene como objetivo el desarrollo de un casco electroencefalograma que registre picos en la actividad del cerebro provocados por imágenes que le resulten familiares al individuo.
Una vez terminado el producto, parece que se tiene en mente ofrecerlo a los militares de Estados Unidos. Elbot imagina posibles escenarios como, por ejemplo, que tropas estadounidenses reunan a todos los hombres de alguna remota villa de Afganistán y les pongan los cascos, y enseguida observar los picos en la actividad cerebral que se produzcan al mostrarles imágenes de bombas o combatientes talibanes, y de esta manera descubrir quienes son simpatizantes o enemigos.
Además, Elbot comenta que esta tecnología será útil para agencias policiales, procesos penales y adquisiciones corporativas, y eventualmente estaría disponible como aplicaciones de smartphone para civiles.
Sin embargo, uno puede tomarse la libertad se ser un tanto paranóico al respecto, ya que el mismo Eric Elbot reconoce que “Ciertamente es una herramienta potencial para el mal. Si sólo el gobierno tiene este dispositivo, sería extremadamente peligroso”.
El cerebro se adapta al entorno en parte por modificar y reacomodar persistentemente las diversas conexiones sinápticas entre neuronas. Estos cambios incluyen fortalecer o debilitar vínculos existentes, así como formar y eliminar sinapsis – ajustes a largo plazo que son requeridos para el aprendizaje y la memoria.
David Vaughn – Picower Institute for Learning and Memory. Original (en inglés).
Debido a que las sinapsis exitadoras en neuronas exitables están localizadas en pequeñas protusiones llamadas espinas dendríticas, estudios tempranos usaron dinámica de espina dendrítica para monitorear el remodelado de sinapsis exitadoras en vivo. Sin embargo, la falta de sustitutos morfológicos para sinapsis inhibidoras ha impedido su observación, y aunque la interacción entre transmisión exitadora e inhibidora mantiene un papel crítico en la plasticidad del cerebro, la incapacidad de monitorear la dinámica de la sinapsis inhibidora ha hecho imposible el examinar cómo corresponden con los cambios exitadores.
La entrada sensorial impacta la actividad sináptica
Un nuevo estudio hecho en conjunto por Elly Nedivi, del Instituto Picower para el aprendizaje y la memoria, sus estudiantes Jerry Chen y Katherine Villa del Departamento de Biología, y sus colegas Jae Won Cha y Peter So del Departamento de Ingeniería Mecánica en el MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts), así como el colaborador Yoshiyuki Kubota del Instituto Nacional para las Ciencias Fisiológicas en Japón, caracteriza la distribución de sinapsis inhibidoras a lo largo de las neuronas del cerebro y muestra que están divididas en dos poblaciones, una en espinas dendríticas adyacentes a una sinapsis exitadora, la otra en un eje dendrítico. Entonces midieron ellos la kinética del remodelado de las dos poblaciones durante experiencias sensoriales normales y alteradas.
Los investigadores monitorearon simultáneamente sinapsis inhibidoras y espinas dendríticas a lo largo de las neuronas del cerebro usando microscopía de dos fotones de color doble en alta resolución. Sus hallazgos indican que las espinas inhibidoras y las sinapsis en el eje responden diferente durante experiencias sensoriales visuales normales y alteradas, y cuando las sinapsis inhibidoras y las espinas dendríticas de neuronas de la corteza son reacomodadas, se encuentran agrupadas, basadas en la información sensorial. Este trabajo apareció en la revista Neuron el mes pasado, el 26 de abril.
Hasta ahora, la distribución de las sinapsis inhibidoras en las células dendritas se estimaba por medio de medidas de densidad volumétricas. El nuevo estudio del MIT, sin embargo, demuestra distribución uniforme de sinapsis inhibidoras del eje – contra las sinapsis en la espina, las que son lo doble de abundantes a lo largo de dendritas apicales distales. La distribución diferencial de la espina inhibidora y las sinapsis en el eje podría reflejar su influencia en la integración de la entrada de calcio desde varias fuentes.
Distinciones kinéticas y de agrupamiento entre tipos de sinapsis
El equipo investigador también descubrió que ambos tipos de sinapsis son dinámicos, pero las sinapsis de la espina inhibidora son cuatro veces más dinámicas que sus contrapartes del eje. La privación monocular (MD – Monocular deprivation), un paradigma visual para la plasticidad, resultó en una pérdida significativa pero transitoria de sinapsis inhibidoras de la espina durante los primeros dos días de MD, mientras que la pérdida de sinapsis del eje persistieron por al menos cuatro días. Esto demuestra el impacto de la experiencia sensorial alterada y la distinción kinética entre las dos poblaciones de sinapsis.
Después, los científicos buscaron evidencia de agrupamiento local entre cambios sinápticos exitadores e inhibidores durante la experienca visual normal al realizar análisis en sinapsis inhibidoras y espinas dinámicas y estables. Encontraron que los cambios en sinapsis inhibidoras ocurren en proximidad cercana a espinas dendríticas dinámicas comparado con las espinas estables, y los cambios en las espinas dendríticas ocurren en proximidad cercana a las sinapsis inhibidoras dinámicas comparado con las estables. Los investigadores también demostraron que este patrón de agrupamiento entre sinapsis inhibidoras dinámicas y espinas dendríticas era reforzado por MD.
Los investigadores también probaron que el porcentaje de espinas dinámicas y sinapsis inhibidoras agrupadas en respuesta al MD es significativamente más alto de lo que podría esperarse basado simplemente en una presencia incrementada de sinapsis inhibidoras dinámicas. “Esto sugiere que mientras que el MD en general no cambia la tasa de rotación espinal en neuronas de la corteza, lleva a una mayor coordinación de estos eventos con dinámicas de sinapsis inhibidoras cercanas”, explica Nedivi.
Nuevos descubrimientos revelan impacto potencial en la memoria de largo plazo
La habilidad de los investigadores del MIT de distinguir entre sinapsis inhibidoras en la espina y en el eje dan una nueva perspectiva en la dinámica de la sinapsis inhibidora en la corteza visual adulta. Las pérdidas de sinapsis inhibidoras que ocurren durante experiencias visuales alteradas, notadas arriba, son consistentes con encuentros de que la privación visual produce un período de desinhibición en la corteza visual.
Adicionalmente, los resultados de este estudio del MIT proveen evidencia de que la plasticidad dependiente en experiencia en el cerebro es un proceso altamente orquestado, integrando cambios en conectividad exitadora con la eliminación activa y la formación de sinapsis inhibidoras. Esto arroja nueva luz en la importancia de coordinar los circuitos exitadores e inhibidores para ayudar a promover la memoria de largo plazo.
Simplemente activando un pequeño número de neuronas puede evocar una memoria entera.
Cathryn Delude, Picower Institute for Learning and Memory. Original (En inglés).
Nuestras memorias apreciadas o temidas – ese primer beso o un golpe en la noche – dejan rastros de memorias que podemos evocar de tiempos pasados, completos con tiempo, lugar y todas las sensaciones de la experiencia. Neurocientíficos llaman a estos rastros engramas de memoria.
Pero, ¿son los engramas conceptuales, o son una red física de neuronas en el cerebro? En un nuevo estudio del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts), los investigadores usaron optogenética para mostrar que las memorias realmente residen en células del cerebro muy específicas, y que simplemente activando una pequeña fracción de células del cerebro pueden recordar una memoria entera – explicando, por ejemplo, como Marcel Proust puede recapitular su niñez a partir del aroma de una galleta.
“Demostramos que el comportamiento basado en la cognición de alto nivel, como la expresión de una memoria específica, puede ser generada en un mamífero por una activación física altamente específica de una pequeña subpoblación de células cerebrales, en este caso por luz”, dice Susumu Tonegawa, el Profesor de Biología y Neurociencia en el MIT y autor líder del estudio reportado en línea en el diario Nature. “Esta es la prueba del siglo 21 rigurosamente diseñada que el neurocirujano canadiense Wilder Penfield ideó a principios del siglo pasado mediante una observación accidental que sugirió que la mente esta basada en materia”.
En aquella famosa cirugía, Penfield trató a pacientes de epilepsia al sacar partes del cerebro donde se originaban los ataques. Para asegurarse de que destruyó solamente las neuronas problemáticas, Penfield estimuló el cerebro con pequeñas descargas de electricidad mientras que los pacientes, que estaban bajo anestesia local, reportaban lo que experimentaban. Notablemente, algunos recordaron vívidamente eventos complejos enteros cuando Penfield estimuló solo unas pocas neuronas en el hipocampo, una región que ahora se considera esencial para la formación y el recordar memorias episódicas.
Los científicos han continuado explorando el fenómeno pero, hasta ahora, nunca se había probado que la reactivación directa del hipocampo era suficiente para causar el recordar memorias.
Arrojando luz en el asunto
Adelantándonos a la introducción, hace siete años, de la optogenética, que puede estimular neuronas que son genéticamente modificadas para expresar proteínas activadas por luz. “Pensamos que podríamos utilizar esta nueva tecnología para probar directamente la hipótesis sobre el cifrado de memorias y el almacenamiento en un experimento de mímica”, dice el coautor Xu Liu, un postdoctorado en el laboratorio de Tonegawa.
“Queríamos activar artificialmente una memoria sin la experiencia sensorial requerida, que provee evidencia experimental de que aún fenómenos efímeros, como memorias personales, residen en la maquinaria física del cerebro”, agrega el coautor Steve Ramirez, un estudiante graduado en el laboratorio de Tonegawa.
Los investigadores identificaron primero un grupo específico de células cerebrales en el hipocampo que solo estaban activas cuando un ratón estaba aprendiendo sobre un nuevo entorno. Determinaron qué genes fueron activados en esas células, y los mezclaron con un gen para channelrhodopsin-2 (ChR2), una proteína activada por luz usada en la optogenética.
Después, estudiaron a ratones con esta copla genética en las células de la circunvolución dentada del hipocampo, usando pequeñas fibras ópticas para entregar pulsos de luz a las neuronas. La proteína activada por luz solo se expresaría en las neuronas involucradas con el aprendizaje de experiencias – una manera ingeniosa de permitir el etiquetado de la red física de neuronas asociadas con un engrama de memoria específico para una experiencia específica.
Finalmente, el ratón entró en un entorno y, después de unos pocos minutos de exploración, recibió un pequeña descarga, aprendiendo a temer el entorno en particular donde ocurrió la descarga. Las células cerebrales activadas durante este condicionamiento de miedo se volvieron etiquetadas con ChR2. Más tarde, cuando fue expuesto a pulsos de luz desencadenantes en un entorno completamente diferente, las neuronas involucradas en la memoria de miedo se activaron – y el ratón rápidamente entró en un agazapo defensivo e inmóvil.
Memoria falsa
Este congelamiento inducido por luz sugirió que los animales estaban recordando la memoria de recibir una descarga eléctrica. El ratón aparentemente percibió este recuerdo de una memoria de miedo – pero la memoria fue reactivada artificialmente. “Nuestros resultados muestran que las memorias realmente residen en células cerebrales muy específicas”, dijo Liu, “y simplemente al reactivar esas células por medios físicos, como la luz, una memoria entera puede ser recordada”.
Refiriéndose al filósofo francés del siglo 17 que escribió, “pienso, por lo tanto existo,” Tonegawa dice, “René Descartes no creía que la mente pudiera ser estudiada como una ciencia natural. Estaba equivocado. Este método experimental es la manera de demostrar que la mente, como los recuerdos de memorias, están basados en cambios en la materia”.
“Este trabajo notable exhibe el poder de combinar las últimas tecnología para atacar uno de los problemas centrales de la neurobiología”, dice Charles Stevens, un profesor en el Laboratorio de Neurobiología Molecular en el Instituto Salk quien no estuvo involucrado en esta investigación. “Mostrando que la reactivación de esas células nerviosas que estuvieron activas durante el aprendizaje pueden reproducir el comportamiento aprendido es realmente un logro”.
El método también podría tener aplicaciones en el estudio de las enfermedades neurodegenerativas y neuropsiquiátricas. “Mientras más sepamos sobre las piezas móviles que forman nuestros cerebros”, dice Ramirez, “estaremos mejor equipados para encontrar lo que sucede cuando las piezas del cerebro se rompen”.
Otros contribuyentes a este estudio fueron Karl Deissenroth de la Universidad de Stanford, cuyo laboratorio desarrollo la optogenética, y Petti T. Pang, Corey B. Puryear y Arvind Govindarajan del Centro RIKEN-MIT para Genética de Circuitos Neurales en el Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria en el MIT. El trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud y el Instituto RIKEN de Ciencia del Cerebro.
Los Hybrots, son “criaturas” híbridas, resultado de la combinación de neuronas, software y robótica. Esta combinación fuera de lo común la hizo por primera vez el Doctor Steve Potter, de Georgia Tech, en el año 2002, siguiendo los pasos:
1.-En un chip de silicio, colocó gotas de una solución con miles de neuronas de rata.
2.-En el chip incrustó 60 electrodos y estos se conectaron a un amplificador.
3.-Los electrodos captaron las señales eléctricas generadas por las neuronas.
4.-Las señales, ya amplificadas, se recibieron en una computadora.
5.-Por transmisión inalámbrica, estas señales (ya convertidas en datos) se enviaron desde la computadora a un robot.
6.-Como respuesta a la actividad neuronal, el robot, activó sus motores para generar movimientos.
Pero el experimento no finalizó aquí, porque el robot retroalimentó con información a las neuronas y las estimuló para formar un ciclo sinfín y el resultado es un “Hybrot semivivo”.
Poder controlar un robot, por medio de células vivas, es algo increíble. El Doctor Potter y su equipo de investigadores, buscan desarrollar herramientas que aprovechen las propiedades “computacionales” de las neuronas y su meta es crear cerebros vivos a partir del cultivo de neuronas y orgánicamente puedan organizarse para formar redes neuronales y de estas surjan redes de inteligencia.
Esta técnica pudiera emplearse para crear seres robóticos con inteligencia avanzada, crear máquinas capaces de autorepararse, explorar aspectos desconocidos de la memoria, crear sistemas que provean conocimientos confinados en las neuronas, estudiar enfermedades neurológicas, etc.
Investigadores de la Universidad de Tel Aviv, encabezados por Matti Mintz, lograron sustituir el cerebelo de una rata por un circuito electrónico, con capacidad de realizar las mismas funciones que el cerebelo orgánico vivo. Por el momento sólo es experimental, pero constituye un gran avance en esta área.
Hace algunos años parecía imposible, pero en un futuro próximo cuando esto se perfeccione, podrá ser de gran utilidad para aquellas personas que hayan perdido las funciones propias del cerebelo, que es el encargado de la coordinación y la sintonización de los movimientos del cuerpo.
El microchip que sustituyó el cerebelo de la rata recibe las señales eléctricas provenientes del cerebro, las analiza, interpreta su significado y entonces las envía a las regiones correspondientes.
