Una red neuronal cultivada es un cultivo celular de neuronas que se utiliza como modelo para estudiar el sistema nervioso central , especialmente el cerebro . A menudo, las redes neuronales cultivadas se conectan a un dispositivo de entrada/salida, como una matriz de electrodos múltiples (MEA), lo que permite una comunicación bidireccional entre el investigador y la red. Este modelo ha demostrado ser una herramienta invaluable para los científicos que estudian los principios subyacentes detrás del aprendizaje neuronal , la memoria , la plasticidad , la conectividad y el procesamiento de la información . [1]
Las neuronas cultivadas a menudo se conectan a través de una computadora a un componente robótico real o simulado, creando un hybrot o animat , respectivamente. Luego, los investigadores pueden estudiar a fondo el aprendizaje y la plasticidad en un contexto realista, donde las redes neuronales pueden interactuar con su entorno y recibir al menos alguna retroalimentación sensorial artificial. Un ejemplo de esto se puede ver en el sistema Multielectrode Array Art (MEART) desarrollado por Potter Research Group en el Instituto de Tecnología de Georgia en colaboración con SymbioticA , el Centro para la Excelencia en Arte Biológico, en la Universidad de Australia Occidental . [2]Otro ejemplo se puede ver en el animat controlado neuralmente . [3]
El uso de redes neuronales cultivadas como modelo para sus contrapartes in vivo ha sido un recurso indispensable durante décadas. [4] Permite a los investigadores investigar la actividad neuronal en un entorno mucho más controlado de lo que sería posible en un organismo vivo. A través de este mecanismo, los investigadores han obtenido información importante sobre los mecanismos detrás del aprendizaje y la memoria.
Una red neuronal cultivada permite a los investigadores observar la actividad neuronal desde varios puntos de vista. El registro y la estimulación electrofisiológicos pueden tener lugar a través de la red o localmente a través de un MEA, y el desarrollo de la red puede observarse visualmente mediante técnicas de microscopía. [4] Además, el análisis químico de las neuronas y su entorno se logra más fácilmente que en un entorno in vivo . [4] [5]
Las redes neuronales cultivadas son, por definición, culturas incorpóreas de neuronas . Así, al estar fuera de su entorno natural, las neuronas se ven influenciadas de formas que no son biológicamente normales. La principal de estas anomalías es el hecho de que las neuronas generalmente se recolectan como células madre neurales de un feto y, por lo tanto, se interrumpen en una etapa crítica en el desarrollo de la red. [6] Cuando las neuronas se suspenden en solución y posteriormente se dispensan, las conexiones realizadas anteriormente se destruyen y se forman otras nuevas. En última instancia, la conectividad (y, en consecuencia, la funcionalidad) del tejido cambia de lo que sugería la plantilla original.
Otra desventaja radica en el hecho de que las neuronas cultivadas carecen de cuerpo y, por lo tanto, están separadas de la información sensorial y de la capacidad de expresar el comportamiento, una característica crucial en los experimentos de aprendizaje y memoria. Se cree que tal privación sensorial tiene efectos adversos en el desarrollo de estas culturas y puede resultar en patrones anormales de comportamiento en toda la red. [6]