FRANCISCO VIVES: “DEL CEREBRO UTILIZAMOS SÓLO LO QUE NECESITAMOS EN CADA MOMENTO”

   

  

 P.- ¿Por qué ha decidido dedicar su carrera científica al estudio del sistema nervioso?

 R.- Siempre me ha llamado la atención, quizás porque desde pequeño me ha interesado la electrónica y nuestro cerebro funciona con impulsos eléctricos. Además, el cerebro es muy plástico y está relacionado con nuestro desarrollo familiar y cultural. A unas personas les puede gustar mucho un olor o una comida y a otras resultarle sumamente desagradable. Es el cerebro el que interpreta los estímulos que recibimos. Nuestra sensibilidad tiene dos aspectos, uno físico que transforma un estímulo en impulsos eléctricos y otro personal, humano, que es la interpretación de esas señales. Esto hace que las personas sean diferentes una de otras, que cada uno sea individual e irrepetible. Esto es lo importante.

 P.- El término neurociencia abarca a un gran número de disciplinas que tienen como objetivo el estudio del sistema nervioso ¿cuáles son las investigaciones que se están llevando a cabo en el instituto que usted dirige?

 R.- Nuestro instituto es multidisciplinar. Tenemos líneas que van desde la biología molecular o la anatomía hasta ciencias enmarcadas en las Humanidades, como es la psicología. Contamos con un grupo importante dedicado al estudio del dolor, cómo se genera, cómo se transmite y cómo se siente. Constituye nuestro sistema de alarma, que nos informa de que hay peligro de sufrir un Francisco Vives en su despacho de la Facultad de Medicina a enfermedad o una lesión. Hay otro grupo está dedicado a la genética y epidemiología de las enfermedades mentales, los trastornos bipolares, la esquizofrenia o la depresión. Otro grupo está realizando un excelente trabajo en el campo de la neuropsicología clínica y otro está investigando la base biológica de las alteraciones sensoriales, emocionales y conductuales. Mi grupo lleva a cabo trabajos relacionados con los procesos degenerativos que ocurren en la enfermedad de Parkinson.

 P.- Este centro es pionero en Andalucía en este tipo de estudios. A él se han unido diferentes iniciativas investigadoras relacionadas con la salud ¿Es Granada un lugar de referencia en este campo?

 R.- Granada tiene una Universidad de las mejores y más antiguas de España y una Facultad de Medicina cargada de historia. Cada vez hay más empresas e instituciones implicadas en la investigación en salud que se están ubicando en nuestra ciudad. Tenemos las bases para que Granada sea un polo de desarrollo sanitario: profesionales muy preparados, infraestructuras como el Parque Tecnológico de la Salud y empresas en funcionamiento o interesadas en venir a nuestra ciudad. Yo destacaría el campo de la neurociencia y de las enfermedades del sistema nervioso, en el que tenemos una tradición consolidada. Como es lógico, para que la empresa llegue a buen puerto, es imprescindible un apoyo político y económico continuado.

 P.- Una de sus principales preocupaciones como científico es el estudio de las enfermedades neurodegenerativas cuya incidencia está aumentando cada vez más. ¿Hacia dónde va encaminado su trabajo en este campo?

 R.- Mi grupo de investigación está centrado en los procesos neurodegenerativos que se producen en las enfermedades como la de Parkinson o la de Huntington. La esperanza de vida ha aumentado mucho en las sociedades más desarrolladas. En España, un país destacado en este aspecto, está en los 83 años para la mujer y 79 para el hombre. Los avances sanitarios permiten que cada vez vivamos más, y paralelamente se van incrementando las enfermedades degenerativas. Vivir más no significa vivir mejor. Me interesa, como investigador, descubrir cuál es la base para que una persona que ha estado 60 o 70 años realizando actividades muy complejas, de pronto sea incapaz de realizar las tareas más sencillas como comer o asearse. La meta de los investigadores de este campo sería conocer las causas de las alteraciones del sistema nervioso que con tanta frecuencia acompañan al envejecimiento.

 P.- Es el caso de las personas que padecen Alzheimer...

 R.- Exactamente. Es la enfermedad neurodegenerativa más frecuente. Para descubrir el tratamiento de este tipo de enfermedades tienen que implicarse un gran número de disciplinas, como pueden ser la genética, biología molecular, fisiología, farmacología y un largo etcétera. El sistema nervioso es muy complejo y no podemos aislar un solo aspecto. Cuando una parte del cerebro deja de funcionar, otras áreas intentan compensar ese déficit de alguna manera, aunque no siempre se consigue. Además, las células del sistema nervioso están muy especializadas y diferenciadas, y cuando mueren no se regeneran. 

P.- Existe la creencia que no utilizamos al cien por cien nuestro cerebro ¿cuánto hay de mito y de realidad en esto?

 R.- Es un mito. Hay una creencia, aprovechada por muchos desaprensivos para hacer negocio, de que si utilizáramos el cien por cien de nuestro cerebro seríamos más inteligentes. Este mito viene de principios del siglo XX, cuando se descubrió el electroencefalograma y las ondas eléctricas cerebrales. Se comprobó que en un momento determinado sólo hay partes de nuestro cerebro en máxima actividad. Pero como esta técnica se tiene que realizar en una habitación aislada, con poca estimulación sensitiva y en reposo, la actividad cerebral no es muy alta. Si sumamos la actividad cerebral en diferentes actividades y en diferentes momentos, todos aprovechamos el cien por cien de nuestro cerebro, lo que no quita que podamos mejorar la mayoría de nuestras capacidades. Cada persona, de acuerdo con su genética, su formación y sus condiciones socioculturales aprovechará todo su cerebro y desarrollará habilidades.

P.- Entonces, ¿cuándo está a pleno rendimiento?

 R.- Teóricamente, si pudiéramos en un mismo momento realizar todas las tareas posibles, como resolver problemas matemáticos, leer, dibujar, escuchar música, correr, ver una película, etc., todo a la vez, es decir, realizando gran número de tareas motoras y sensitivas al mismo tiempo nuestro cerebro teóricamente podría funcionar al cien por cien, pero esto no tendría sentido. ¿Qué es lo que pasa? Que no es necesario utilizar todo nuestro potencial en cada momento. Sólo utilizamos a máxima potencia la parte del cerebro necesaria para cada situación.

 P.- Actualmente a los niños se les estimula desde pequeños para desarrollar sus capacidades gracias a las nuevas tecnologías ¿Cómo evoluciona su cerebro rodeado de tanta tecnología desde que son bebés?

 R.- Una de las características de nuestro sistema nervioso es su gran plasticidad. Nuestro cerebro se adapta a vivir en diferentes circunstancias. Las nuevas generaciones nacen rodeadas de teléfonos móviles, internet y ordenadores, que les proporcionan una estimulación audiovisual muy potente. Hay programas que les enseñan a leer y a escribir utilizando un mando o una pantalla táctil en vez de un lápiz. Posiblemente todo esto implique que los niños van a aprender antes a leer y a escribir y tendrán más capacidad que sus padres para el uso de estas máquinas. Una pregunta filosófica es si estos ordenadores harán que nuestros hijos sean más inteligentes y la respuesta es difícil. Indudablemente, para estos niños, su inteligencia práctica para el uso de ordenadores va a aumentar, pero tendrán carencias en otros aspectos menos tecnológicos. Los niños que crecen en un medio rural poco tecnificado, posiblemente no tengan tanta facilidad para el manejo de ordenadores, pero quizás sean más “humanos” y dependan menos de las pantallas.

 P.- Y en el caso de las personas mayores ¿es aconsejable ejercitar la mente?

 R.- Indudablemente. El ejercicio del cerebro facilita el desarrollo y el mantenimiento de nuestras funciones intelectuales. En la actualidad, las instituciones responsables están promocionando el envejecimiento activo para evitar las demencias. Cuando uno se jubila tiene que seguir teniendo una vida de relación lo más rica posible, viajar, conocer, aprender. Es necesario estimular y motivar a las personas mayores para que ejerciten el cuerpo y la mente. Con más actividad, la calidad de vida durará más tiempo.

Fuente: Ciencia directa.

In distant space, a water world

Hubble Space Telescope reveals new type of planet

O

ur solar system contains three types of planets: rocky, terrestrial worlds (Mercury, Venus, Earth, and Mars), gas giants (Jupiter and Saturn), and ice giants (Uranus and Neptune). Planets orbiting distant stars come in an even wider variety, including lava worlds and “hot Jupiters.”

Observations by NASA’s Hubble Space Telescope have added a new type of planet to the mix. By analyzing the previously discovered world GJ1214b, astronomer Zachory Berta of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) and colleagues proved that it is a water world enshrouded by a thick, steamy atmosphere.

“GJ1214b is like no planet we know of,” said Berta. “A huge fraction of its mass is made up of water.”

GJ1214b was discovered in 2009 by the ground-based MEarth (pronounced “mirth”) Project, which is led by CfA’s David Charbonneau. This super-Earth is about 2.7 times Earth’s diameter and weighs almost 7 times as much. It orbits a red dwarf star every 38 hours at a distance of 1.3 million miles, giving it an estimated temperature of 450° Fahrenheit.

In 2010, CfA scientist Jacob Bean and colleagues reported that they had measured the atmosphere of GJ1214b, finding it likely that the atmosphere was composed mainly of water. However, their observations could also be explained by the presence of a worldwide haze in GJ1214b’s atmosphere.

Berta and his co-authors used Hubble’s WFC3 instrument to study GJ1214b when it crossed in front of its host star. During such a transit, the star’s light is filtered through the planet’s atmosphere, giving clues to the mix of gases.

“We’re using Hubble to measure the infrared color of sunset on this world,” explained Berta.

Hazes are more transparent to infrared light than to visible light, so the Hubble observations help tell the difference between a steamy and a hazy atmosphere.

They found the spectrum of GJ1214b to be featureless over a wide range of wavelengths, or colors. The atmospheric model most consistent with the Hubble data is a dense atmosphere of water vapor.

“The Hubble measurements really tip the balance in favor of a steamy atmosphere,” said Berta.

Since the planet’s mass and size are known, astronomers can calculate the density, which works out to about 2 grams per cubic centimeter. Water has a density of 1 g/cm3, while Earth’s average density is 5.5 g/cm3. This suggests that GJ1214b has much more water than Earth, and much less rock.

As a result, the internal structure of GJ1214b would be very different than our world.

“The high temperatures and high pressures would form exotic materials like ‘hot ice’ or ‘superfluid water’ — substances that are completely alien to our everyday experience,” said Berta.

Theorists expect that GJ1214b formed farther out from its star, where water ice was plentiful, and migrated inward early in the system’s history. In the process, it would have passed through the star’s habitable zone. How long it lingered there is unknown.

GJ1214b is located in the direction of the constellation Ophiuchus, and just 40 light-years from Earth. Therefore, it’s a prime candidate for study by the next-generation James Webb Space Telescope.

A paper reporting these results has been accepted for publication in The Astrophysical Journal and is available online.

This release is being issued jointly with NASA.

Fuente: Harvard University.

The University of Córdoba among the most scientifically productive campuses.

 

The University of Cordoba is, after the autonomous university of Madrid, the most scientifically productive according to the ranking drawn up by the University Rovira i Vigilli, which, among other aspects, analyses the ratio of scientific publications in Impact Factor journals per professor. In this sense, the teaching staff at the Univeristy fo Cordoba appear as the second most productive with the publication of 0.75 articles in relevant journals per year per researcher. The report by Rovira i Vigilli uses the Web of Knowledge (WOK) to measure this productivity, a bibliographic database that gathers the most relevant journals in the field of sciences, social sciences, arts and humanities. It includes some 12,000 journals and 46 million documents grouped into 256 themed categories.

The report also reviews other indicators such as the impact of the articles or the global number of publications made. In the majority of them, the University of Cordoba appears among the fifteen most outstanding scientific institutions in the Spanish university panorama.

 According to the report “Scientific Productivity of the Spanish University System 2010”, the University of Cordoba published 916 articles in journals indexed by the Web of Science in 2010. Also, 41 of these publications are placed among the most quoted by the rest of the scientific community. To download the full report:

http://www.urv.cat/media/upload/arxius/ranquings/produccion_cientifica_sue_2010.pdf

Fuente: University of Córdoba, (UCO).

Rebuilding the brain’s circuitry

Neuron transplants have repaired brain circuitry and substantially normalized function in mice with a brain disorder, an advance indicating that key areas of the mammalian brain are more reparable than was widely believed. Collaborators from Harvard University, Massachusetts General Hospital (MGH), Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) and Harvard Medical School (HMS) transplanted normally functioning embryonic neurons at a carefully selected stage of their development into the hypothalamus of mice unable to respond to leptin, a hormone that regulates metabolism and controls body weight.

These mutant mice usually become morbidly obese, but the neuron transplants repaired defective brain circuits, enabling them to respond to leptin and thus experience substantially less weight gain. Repair at the cellular-level of the hypothalamus — a critical and complex region of the brain that regulates phenomena such as hunger, metabolism, body temperature, and basic behaviors such as sex and aggression — indicates the possibility of new therapeutic approaches to even higher-level conditions such as spinal cord injury, autism, epilepsy, ALS (Lou Gehrig’s disease), Parkinson’s disease, and Huntington’s disease.

 “There are only two areas of the brain that are known to normally undergo ongoing large-scale neuronal replacement during adulthood on a cellular level — so-called ‘neurogenesis,’ or the birth of new neurons — the olfactory bulb and the subregion of the hippocampus called the dentate gyrus, with emerging evidence of lower level ongoing neurogenesis in the hypothalamus,” said Jeffrey Macklis, Harvard University professor of stem cell and regenerative biology and HMS professor of neurology at MGH, and one of three corresponding authors on the paper. “The neurons that are added during adulthood in both regions are generally smallish and are thought to act a bit like volume controls over specific signaling. Here we’ve rewired a high-level system of brain circuitry that does not naturally experience neurogenesis, and this restored substantially normal function.”

 The two other senior authors on the paper are Jeffrey Flier, dean of Harvard Medical School, and Matthew Anderson, HMS professor of pathology at BIDMC. The findings are to appear Nov. 25 in Science.

Fuente: Harvard University.

Un estudio de la Universidad de Córdoba prueba el efecto anticancerígeno de las hojas de olivo y sus posibilidades en el tratamiento de la leucemia

El olivo, árbol centenario en España y cultivado a lo largo de un millón y medio de hectáreas, ha probado sobradamente sus propiedades saludables gracias a su aceite, abundante en antioxidantes, y cuya producción constituye uno de los sectores económicos más relevantes en el sur de Europa. Esas propiedades saludables han dejado sin embargo de ser una exclusiva del aceite, gracias en parte a un estudio de la Universidad de Córdoba, coordinadora del Campus de Excelencia Internacional en Agroalimentación ceiA3, en el que han participado científicos de los departamentos de Genética y Química Analítica. Un estudio cuyos resultados han sido publicado recientemente la revista Mutation Research Genetic Toxicology and Enronmental Mutagénesis y en los que se prueban las propiedades anticancerígenas de las hojas del olivo, hasta ahora desechadas por la industria y empleadas sólo como biomasa, y sobre las que ya se han realizado varios estudios internacionales. La principal novedad del estudio dirigido por el investigador y doctor por la UCO Jaouad Anter y sus colaboradores radica, en primer lugar, en la identificación y cuantificación de los fenoles (componentes naturales) de las hojas de olivo que impactan directamente en las células. Y, en segundo, por los dos ensayos realizados: uno en Drosophila menalogaster (un insecto conocido popularmente como la mosca del vinagre), donde se ha mostrado un potente efecto protector de estos extractos frente al daño oxidativo in vivo, y otro, en el que los investigadores de la UCO han probado el efecto citotóxico y proapoptótico (inductor de muerte celular) de estos extractos y de sus fenoles mayoritarios contra la línea tumoral de leucemia humana (HL60). Para Anter, esos resultados permiten concluir que “los extractos de hojas de olivo y sus fenoles mayoritarios presentan unas propiedades antioxidante y quimiopreventivas con posibles aplicaciones no solo terapéuticas como el tratamiento de cáncer sino también ecológicas y económicas, en lo que aprovechamiento de la biomasa residual se refiere”. Fuente: Universidad de Córdoba (Spain).

Científicos de la UCO prueban el dominio de las ciervas en la elección de pareja y estudian sus preferencias a la hora de decidirse por un macho

En un mes, el bramido de miles de ciervos inundará Andalucía. Desde las sierras de Jaén y de Córdoba hasta Doñana los machos se harán notar para llamar la atención de las hembras y hacerse con su propio harén. Septiembre es la época de celo, conocida popularmente como berrea, y el mes en el que el equipo de zoólogos que dirige el profesor Juan Carranza desde la Cátedra de Recursos Cinegéticos y Piscícolas volverá al campo para continuar con sus experimentos. Un proyecto de investigación que pretende aportar todas las claves sobre los ritos de apareamiento de los ciervos y, lo más importante, la selección natural que preside la evolución de esta especie.

En lo que respecta a los primeros, hace años que este grupo de científicos, que estudia el comportamiento de los ciervos desde mediados de los años ochenta, probó que son las hembras quienes dirigen todo el ritual y en los bramidos de los machos buscan antes la seguridad y la comida –los machos son territoriales y ocupan por tanto las mejores zonas de pasto- que al compañero perfecto. Sin embargo, recientemente han comprobado algo que ha sorprendido a la comunidad científica: a la hora de la verdad, cuando buscan al padre de sus hijos, las ciervas no prefieren siempre al macho más fuerte, sino al más distinto a ellas, al que genéticamente se encuentre más alejado. Una elección que, según constataron los investigadores cordobeses, está también relacionada con el sexo de la cría que van a producir tras ese apareamiento, algo no comprobado aún en ninguna otra especie animal.

Explicando a Darwin

El análisis genético llevado a cabo por la Cátedra de Recursos Cinegéticos y Piscícolas de la Universidad de Córdoba demostró que cuando una cierva elige al macho más fuerte aunque parecido a ella sus crías suelen ser machos fuertes a imagen y semejanza de sus padres. Esa “virilidad” es un valor si eres un ciervo que pretende dominar a los rivales, pero no sirve de nada si eres una cierva destinada a sacar adelante a un cervatillo cada año.

En el caso de las crías hembra, los científicos han comprobado que eran concebidas por padres radicalmente diferentes en su composición genética, lo que les garantiza unas cualidades fundamentales para sobrevivir y reproducirse como son la agilidad, la rapidez y, por supuesto, la fertilidad. Cualidades fruto de su riqueza genética.

Si las hembras del ciervo eligen por atracción de los polos opuestos (o por algo así como evitar el pecado del incesto) continúa siendo un misterio, que el equipo que dirige Juan Carranza pretende desvelar estudiando el comportamiento y las relaciones entre machos y hembras en condiciones más controladas en una finca de Ciudad Real y en el Parque Nacional de Doñana. Durante tres años, y gracias a un proyecto financiado por el Plan Nacional de Investigación, analizarán cómo las hembras eligen a sus compañeros, si en ello influyen olores, actitudes… y cuáles son los resultados. Tratarán de entender la evolución de una especie y averiguar si los resultados son extrapolables a otras cercanas como el gamo y aportar su granito de arena a la teoría de la selección sexual que describió Darwin .

Entretanto, cuando arrecie el calor, en septiembre los machos volverán a lucir “palmito” por las sierras.

Fuente: Universidad de Cordoba, Spain

La primera especie de homínido en dispersarse fuera de África no fue el Homo erectus, como se creía hasta ahora

Científicos de las universidades de Granada y Málaga han confirmado que fue el Homo habilis, que vivió más de 800.000 años antes que aquél

Así se concluye de un estudio publicado en la prestigiosa revista Quaternary International, en el que se evalúa la variabilidad en la forma del cráneo de los representantes del género Homo

Científicos de las universidades de Granada y Málaga han confirmado que la primera especie de homínido en dispersarse fuera de África no fue el Homo erectus, como se creía hasta ahora, sino el Homo habilis, que vivió más de 800.000 años antes que aquél.

Así se concluye de un estudio publicado en la prestigiosa revista Quaternary International en el que se evalúa la variabilidad en la forma del cráneo de los representantes del género Homo. Para ello, los investigadores han comparado la variabilidad en diferentes grupos de fósiles con la de especies de grandes simios actuales (gorilas, chimpancés y humanos anatómicamente modernos). A partir de los resultados obtenidos, se puede afirmar que existe una mayor afinidad entre la población de Dmanisi (Georgia), que presenta una antigüedad de 1,8 millones de años, con los habilinos (Homo habilis) africanos que con los representantes de otro grupos, los erectinos (Homo erectus), que aparecen tanto en África como en Eurasia. Los habilinos tienen una cronología de entre 2,6 y 1,4 millones de años, y los erectinos (Homo erectus) de entre 1,8 millones de años y 40.000 años.

Algunas de las características de los habilinos son el tamaño reducido del cerebro, los dientes grandes, la cara muy robusta y la musculatura relacionada con la masticación (maseteros y temporales) muy desarrollada. Las diferencias en estas características entre los habilinos y los erectinos son las que han permitido a los investigadores proponer este cambio en la primera especie en dispersarse fuera de África.

Talla lítica

Un aspecto vinculado a esta temprana dispersión por parte de este taxón tan arcaico (Homo habilis) es su vinculación con el modo de talla lítica. Resulta interesante que el Achelense o Modo 2 se documenta en África hace 1,6 millones de años; sin embargo, en Eurasia su aparición se retrasa hasta hace 600.000 años. Es decir, existe un lapso temporal que, de momento, se aproxima al millón de años.

El Olduvayense está caracterizado por la presencia de lascas de piedra idóneas para descarnar los cadáveres y por piezas de mayor tamaño con las que machacar los huesos para acceder al tuétano, y el Achelense por la aparición de útiles más elaborados y multifuncionales (bifaces, hendedores, tiedros).

Las razones de la perduración del Olduvayense euroasiático puede residir en de cuestiones ecológicas derivadas de un reemplazamiento faunístico en el que los macairodontinos (tigres con dientes de sable) son reemplazados por los panterinos (muy similares a los grandes felinos actuales) que aprovecharían de manera más eficiente las presas cobradas y que, por tanto, dejarían menos carroña para ser aprovechada, entre otros, por los humanos.

No obstante, esta investigación permite abrir una nueva puerta: que las poblaciones euroasiáticas fuesen descendientes de los primeros homínidos dispersados y que fueran igualmente reemplazadas por poblaciones pertenecientes a otra especie que tuviese la capacidad y la necesidad de obtener útiles más sofisticados.

Este artículo ha sido realizado gracias a la colaboración de tres investigadores: Juan Manuel Jiménez Arenas, del Departamento de Prehistoria y Arqueología e Instituto Universitario de la Paz y los Conflictos de la UGR, y Paul Palmqvist y Juan Antonio Pérez Claros, catedrático y profesor titular, respectivamente, del Departamento de Ecología y Geología de la Universidad de Málaga.

Fuente: Universidad de Granada (UGR).

Una prestigiosa revista científica se hace eco de una investigación sobre psoriasis de la UMA

La prestigiosa publicación Journal of Investigative Dermatology, que es la primera revista, en función del factor de impacto, en el área de Dermatología (pertenece al grupo Nature) se ha hecho eco de una investigación llevada a cabo en la Universidad de Málaga.

Se trata de un artículo que recoge parte de los trabajos realizados por Melissa García Caballero en su tesis doctoral, y en el que se presentan nuevas evidencias sobre el mecanismo de acción del dimetil fumarato, habitualmente usado para el tratamiento de la psoriasis, y que hasta ahora no se había relacionado con la inhibición de la angiogénesis (formación de nuevos vasos sanguíneos).
Además, en el mismo número de la revista se incluyen dos comentarios editoriales resaltando la relevancia de los resultados, que pueden ayudar a entender el modo de acción del compuesto, tanto para el tratamiento de la psoriasis como para su uso como fármaco antitumoral.

Melissa García Caballero es becaria FPU en el departamento de Biología Molecular y Bioquímica de la Facultad de Ciencias, y realiza su tesis doctoral bajo la dirección de los profesores Ana Rodríguez Quesada y Miguel Ángel Medina Torres. Este trabajo se enmarca en las tareas del grupo de investigación dedicado a la búsqueda y caracterización de nuevos inhibidores de la angiogénesis, con posible aplicación a la terapia del cáncer y otras enfermedades como psoriasis, degeneración macular, retinopatías, etc.
Si quiere leer el artículo, pinche aquí: Referencia del artículo: García-Caballero M, Marí-Beffa M, Medina MÁ, Quesada AR.Dimethylfumarate inhibits angiogenesis in vitro and in vivo: a possible role for its antipsoriatic effect?. J Invest Dermatol. 2011 Jun;131(6):1347-55.

Fuente: Universidad de Málaga (UMA).

Cambridge Ideas - Don't Eat the Plants

Are plants as defenceless as they appear? See the world how the plants do, as Professor John Parker, explores how plants -- the 'great chemists of this world' -- have evolved strategies to defend themselves against herbivores.

The latest video from the University of Cambridge shows how plants use hairs, spikes and chemicals to improve their survival and reproduction by reducing the impact of herbivores.

Fuente: University of Cambridge.

Ordinary chemicals hidden risk to human health

Today there are around 145,000 registered industrial chemicals in the world, and by no means all of these are tested and guaranteed safe. The spread of dangerous chemicals in our everyday environment could lead to a global human catastrophe.


"It is an issue as severe as that of climate change and it needs the same attention," says Professor Åke Bergman during Sweden's political week in Almedalen. Prof. Bergman calls for education at all levels, "We all need to know more about chemicals – schools should start teaching about chemicals from the first grade."

For the third consecutive year Stockholm University participates with it's own programme of events during the political week in Almedalen, an important annual event in Sweden with speeches, seminars and other political activities taking place in Visby on the island of Gotland.

During a well-attended seminar, Åke Bergman, internationally engaged professor of environmental chemistry at Stockholm University, and Christina Rudén, a professor in toxicology at KTH Royal Institute of Technology, discussed what the recent research says about the spread of dangerous chemicals in our everyday environment.

In addition to over many thousands of registered industrial chemicals, there are over 60 million other chemicals in the world. We all depend on chemicals. They are everywhere in our everyday environment; in our toys, furniture, kitchen-ware and in technical appliances.

"If we get exposed to endocrine disruptors at the wrong time in life it can have serious effects," says Professor Åke Bergman. "A number of human diseases can be caused by exposure to chemicals. We do not know yet how many, but research is ongoing."

According to Professor Christina Rudén, neither legislation, test assessment, nor politicians have kept up with the spread of chemicals. "REACH, the European Community Regulation on chemicals and their safe use, was the most lobbied proposal ever when it came," says Rudén. "Chemical manufacturers were very active but unfortunately not the research community."

According to Nardono Nimpuno from ChemSec, the International Chemical Secretariat, established chemicals are favoured by the current legislation and it is therefore difficult for companies to change the use. "It is too profitable to use the same old chemicals."

Danielle Freilich, environmental manager at the Swedish Construction Federation, pointed out that even though knowledge is low in many user industries, the City of Stockholm and the Swedish Transport Administration use criteria that are tougher than those outlined by REACH when they make procurements.

Swedes are relatively aware of unsafe products, according to Christina Rudén. But even for the conscious consumer it is impossible to avoid potentially dangerous chemicals. "A plastic duck has no label indicating its contents. If you go into a toy store, the shop assistant will almost certainly not be able to tell you what chemicals the plastic duck contains."

"I used to be worried, now I’m very worried," says Åke Bergman, who is currently doing a systematic review on endocrine disruptors for the World Health Organization (WHO). "There are currently 145,000 industrial chemicals of which 15% have been tested and only a fraction has been risk-rated." New chemicals emerge all the time and legislators and academia are always a step behind. "The spread of dangerous chemicals in our everyday environment could lead to a global human catastrophe. It is an issue as severe as the climate issue and it needs the same attention."

Text: Daniel Holmberg.

Fuente: Stockholm University.

Sight Requires Exact Pattern of Neural Activity to be Wired in the Womb

New Haven, Conn. — The precise wiring of our visual system depends upon the pattern of spontaneous activity within the brain that occurs well before birth, a new study by Yale researchers shows.

"It isn't just the genes. What happens within the womb is crucial," said Michael Crair, the William Ziegler III Associate Professor of Vision Research at Yale School of Medicine and senior author of the study published in the June 23 issue of Neuron.

The extent of the roles of nature and nurture in the development of neural circuitry has long been debated. Scientists know genes provide the basic plan for brain development initially, and connections between brain cells are fine-tuned later in development.

But how does experience influence the wiring of the visual system in mammals, which have relatively long gestation periods during which the fetus is never visually stimulated? The answer apparently lies in the spontaneous pattern of neural activity generated by the brain itself.

Crair and his team genetically manipulated the retina of mice early in their development in ways that affected the pattern, but not the overall levels, of neural activity. They found that the visual system in these mice never developed properly.

"If experience plays a role in neural development, it is hard to explain how vision would be affected before birth because we do not see anything in the womb," Crair said. "But we found that it is actually the pattern of ongoing spontaneous activity in the developing retina, not genes alone, that play a crucial in the development of the visual system."

That means environmental disruption of these neural patterns during development could be damaging to the formation of these neural circuits. Crair notes that the team managed to alter these patterns by manipulating nicotinic acetylcholine receptors - the same receptors that are targeted by nicotine.

"It is possible that nicotine exposure would have a negative influence on neuronal connectivity of a child's brain, even in the womb," he said.

Lead author of the paper is Hong-ping Xu, of Yale. Other authors from Yale are Moran Furman, Yann S. Mineur, Hui Chen, Sarah L. King, David Zenisek, Z.Jimmy Zhou, Ning Tian and Marina R. Picciotto.

Primary funding for the research was provided by the National Institutes of Health.

Fuente: Yale University

Diseñan un nuevo biocombustible más ecológico usando una lipasa empleada en la fabricación de pan

Hidróxido sódico (sosa cáustica), metanol (un tipo de alcohol) y aceites vegetales. Hasta ahora ésa ha sido en medio mundo la fórmula más habitual para producir biocombustibles logrados mediante una reacción química conocida como transesterificación. Reacción que consiste en la transformación de los triglicéridos (constituidos por glicerina y ácidos grasos) en biodiesel por contacto con el alcohol. Un proceso que a nivel industrial se acelera añadiendo hidróxido sódico, de la misma forma que nuestras abuelas añadían sosa a la mezcla de aceite, alcohol y agua que empleaban para fabricar jabón casero.

La producción de biocombustibles de esa forma ha reducido la dependencia de los combustibles fósiles en el planeta, pero no ha estado exento de “pecados ambientales”. Y es que la reacción química entre el metanol y las grasas vegetales empleadas rompen las moléculas de los triglicéridos produciendo por cada una de ellas: 3 de biodiesel y 1 de glicerina, componente letal para los motores. Para eliminarla del biocombustible se emplean grandes cantidades de agua, contaminada a su vez por el hidróxido sódico utilizado para acelerar el proceso a nivel industrial.

La investigación de procedimientos alternativos más ecológicos capaces de evitar la producción de esos contaminantes ocupa en la actualidad multitud de laboratorios en todo el mundo. Uno de ellos es el Departamento de Química Orgánica de la Universidad de Córdoba, que acaba de publicar en la revista Catalysis Today una solución al problema: sustituir en la fórmula inicial la sosa cáustica y usar como catalizador biológico las lipasas, enzimas presentes en casi todos los seres vivos. Y concretamente, un tipo de lipasas utilizada frecuentemente por la industria agroalimentaria en la producción del pan.

Según el estudio de los investigadores cordobeses, la nueva reacción bioquímica logra por cada triglicérido, dos moléculas de biodiesel y una de monoglicérido (molécula de propiedades similares al biodiesel e inocua para los motores).

Este grupo de investigación de la UCO había probado con éxito que la lipasa pancreática del cerdo, patentada por la UCO, servía para este proceso, pero el elevado coste de su producción no hacía recomendable su producción a escala industrial. La gran novedad es que la nueva lipasa empleada por los científicos cordobeses es su bajo precio que la hace realmente asequible y su facilidad de acceso en el mercado. El artículo de Catalisys Today adelanta parte de los resultados, que serán publicados en breve en la tesis doctoral del investigador Cristóbal Verdugo, dirigida por los profesores Diego Luna y Enrique Sancho.

El nuevo biocombustible diseñado por el equipo que dirige el profesor Diego Luna ha probado no sólo sus cualidades ecológicas, sino su competitividad. Para ello, la spin off de la Universidad de Córdoba Séneca Green Catalyst ha comprobado su capacidad productiva a escala de planta piloto, estando previsto la producción comercial en breve.

Fuente: Universidad de Córdoba (UCO).

Premian un estudio sobre dieta y síndrome metabólico

La Fundación Salud 2000 ha entregado la Ayuda Merck Serono de Investigación 2011 a un proyecto sobre la dieta mediterránea, cuyo investigador principal es Pablo Pérez Martínez










FUENTE: Diario Córdoba
http://www.diariocordoba.com/noticias/
13/07/2011 M.J.R.

La Fundación Salud 2000 ha entregado la Ayuda Merck Serono de Investigación 2011 al proyecto titulado Caracterización de la arquitectura genética del síndrome metabólico en relación con la respuesta inflamatoria y su interacción con la dieta mediterránea , cuyo investigador principal es Pablo Pérez Martínez, especialista en Medicina Interna del hospital Reina Sofía.

El trabajo se lleva a cabo en estos momentos en la Unidad de Lípidos del Instituto Maimónides de Investigación Biomédica (Imibic) y del Reina Sofía y ha sido galardonado en el área de investigación clínica en Cardiometabolismo. Pérez explica que el proyecto estudia a 300 pacientes con síndrome metabólico, problema que incluye factores que elevan el riesgo de desarrollar diabetes tipo 2 (de la obesidad) y enfermedad cardiovascular.

"Nuestra hipótesis es que las variaciones genéticas en los genes implicados en este síndrome podrían interaccionar favorablemente con una dieta como la mediterránea y así modificar la respuesta sobre el perfil inflamatorio sistémico que presentan estos pacientes. Esto podría servir para hacer recomendaciones de tipo personalizado sobre la mejor composición de la dieta, para que proporcione un beneficio más óptimo", explica Pérez Martínez, que participa en el trabajo con Antonio García, Angela Gómez, Purificación Gómez y Gracia Quintana.

Fuente: Instituto Maimonides de Investigación Biomédica de Córdoba.

Turbocharging a new Green Revolution

Wasteful, inefficient, ‘relic of a bygone age’ – all indictments that have been levelled at RuBisCO, the most abundant protein in nature and the heart of the reaction that feeds life on Earth. The enzyme is the powerhouse behind photosynthesis, responsible for taking CO2 from the atmosphere and using the sun’s energy to convert it into the sugars that crops need to grow.

But, as its full name, Ribulose 1,5-Bisphosphate Carboxylase/Oxygenase, might suggest, the enzyme has an unfortunate tendency to promiscuity. It evolved at a time when the Earth’s atmosphere was very different to the 500-fold excess of O2 over CO2 that we have today and, as a result, it sometimes mistakes O2 for CO2, to the detriment of potential plant productivity.

Plant scientists such as Dr Julian Hibberd and Professor Howard Griffiths believe that overcoming this inefficiency could be the key both to achieving a leap in the amount of food or energy a plant can produce from the same amount of sunlight and to revitalising the Green Revolution, which has been slowing as the yields of elite cultivars approach their natural limits.

Nature’s remedies

The approaches taken by the two scientists aim to maximise the operating efficiency of RuBisCO by turbocharging it with an increased concentration of CO2.

“Fortuitously, some plants have developed such a turbocharger,” explained Professor Griffiths. “Among them, certain land plants have an advanced type of photosynthesis termed C4, and aquatic algae have developed mechanisms that actively concentrate bicarbonate to provide a source of CO2 for the enzyme. Our research aims to emulate what nature has already accomplished, for the benefit of future food security.”

The main focus for Dr Hibberd is rice, a cereal grown in global regions where the population is predicted to grow fastest. “About 60% of the world’s population lives in Asia, where each hectare of land used for rice production currently provides food for 27 people, but by 2050 will have to support at least 43 people,” he said.

“One way to alleviate food shortages is to develop higher-yielding rice by reconfiguring its photosynthetic pathway towards that used by land plants that have evolved the upgraded version.”

Most of the world’s plants produce a sugar with a 3-carbon skeleton in a process termed C3 photosynthesis. In fact, bacteria developed this means to convert light energy into sugar about 3.4 billion years ago. Fast forward to a comparatively recent 30 million years ago, and the C4 pathway evolved, in which the initial CO2 fixation product is a 4-carbon organic acid. Today, C4 is found in 4% of plants including maize and sugarcane, as well as in 14 of the world’s 18 worst weeds.

“Remarkably, C4 photosynthesis has evolved independently in at least 62 lineages of plants,” added Dr Hibberd. “We think it developed in response to selection pressures such as low amounts of CO2, high temperatures and more arid conditions.”

Crucially, C4 plants produce higher yields for the same amount of light energy, have double the water-use efficiency of C3 plants, and their leaves use about 40% less nitrogen to achieve 50% higher yields. A host of biochemical, cellular and anatomical changes in the C4 plant result in a mechanism that first concentrates CO2 and then supplies it to RuBisCO in the C3 pathway.

And therein lies the challenge. To unpick the C4 apparatus and rebuild it in rice involves literally dozens of genetic changes, as well as alterations to biochemical reactions and even to the way the leaf is built. The project is requiring a major scientific effort, called the C4 Rice Consortium, funded by $22 million from the Bill & Melinda Gates Foundation.


Unpicking and rebuilding

The C4 Rice Consortium involves 12 partner institutions across four continents and is led by the International Rice Research Institute (IRRI) in the Philippines.

In the two years since the project began, the Consortium members have been working on a number of complementary approaches. Dr Hibberd’s team has been cloning genes required for the biochemical reactions, and transgenic strains of rice that express them are being grown at IRRI. Other groups are looking for C4 mutants that have lost their leaf anatomy, and C3 mutants that have developed it; and a vast gene sequencing screen is searching for new C4 genes.

Dr Hibberd’s recent findings, published in Science magazine in April 2011, suggest that genes present in C3 species can be recruited into cell-specific functions in the C4 pathway without alterations to their gene sequence. “The discovery dramatically alters the approaches being taken to engineer C4 photosynthesis,” he explained. “These results suggest that it’s possible that only some parts of the C4 pathway might be needed in rice for other parts to fall into place.”

IdeasLab

As steps are taken to maximise plant productivity over the next century, there is a pressing need to understand the determinants of RuBisCO operating efficiency not just in land plants but also in algae. Algae use a carbon-concentrating mechanism that is usually associated with a microcompartment called the chloroplast pyrenoid. Although very little is known about their properties, these structures drive a remarkable 15% of global carbon-based productivity.

To gain insight into one of the most important, yet poorly understood, carbon sequestration mechanisms, Professor Griffiths leads a new project recently funded as part of an IdeasLab competition for the best minds from the USA and the UK to join forces to explore improving photosynthetic yields.

The project is one of two transatlantic IdeasLab collaborations involving Cambridge that were awarded a total of £2.85 million from the Biotechnology and Biological Sciences Research Council and the US National Science Foundation. Dr Hibberd is a member of the other collaboration, which is boosting RuBisCO using tricks to enhance CO2 transport that are associated with other metabolic processes but that, according to current knowledge, are not used in photosynthesis.

Professor Griffiths explained how algal components could provide the answer to shaking up a wasteful enzyme: “We’ve known for 30 years that the algal pyrenoid has solved the problem of an inefficient RuBisCO enzyme, which probably evolved to help algae survive in the lower levels of CO2 availability found in water. Our work has investigated genetic changes in the model alga Chlamydomonas that can determine whether the pyrenoid appears or not. The new project will have direct applications for improving algal bioenergy productivity, as well as potential implications for transforming higher plant crop yields by emulating the carbon-concentrating mechanism in every photosynthetically active cell of the plant.”

A longer term solution

The scientists are confident that now is a pivotal time for current progress in understanding photosynthesis to be harnessed with genetic techniques and traditional breeding resources to improve crop yields for the future. Nevertheless, none of the projects is a trivial undertaking, as Dr Hibberd explained: “We’re looking ahead to at least 15–20 years from now, to transform crop production in the decades when the potential yield of current crops has been exhaustively maximised.”

“For the next generation, plant and microbial productivity will become the focus of key global issues,” added Professor Griffiths. “It will be the basis for feeding an additional two to three billion mouths, for maintaining biodiversity in the face of climate change and for driving forward an economy currently trading on past sunlight.”

For more information, please contact Dr Julian Hibberd (jmh65 AT cam.ac.uk) and Professor Howard Griffiths (hg230 AT cam.ac.uk) at the Department of Plant Sciences (www.plantsci.cam.ac.uk/).

Fuente: University of Cambridge; UK.

Cut calories, increase egg quality

A strategy that has been shown to reduce age-related health problems in several animal studies may also combat a major cause of age-associated infertility and birth defects.

Investigators from Harvard-affiliated Massachusetts General Hospital (MGH) have shown that restricting the caloric intake of adult female mice prevents a spectrum of abnormalities, such as extra or missing copies of chromosomes that arise more frequently in egg cells of aging female mammals. Their report appears in this week’s online Early Edition of the Proceedings of the National Academy of Sciences USA.

“We found that we could completely prevent, in a mouse model, essentially every aspect of the declining egg quality typical of older females,” says Jonathan Tilly, director of the Vincent Center for Reproductive Biology in the MGH Vincent Department of Obstetrics and Gynecology, who led the study. “We also identified a gene that can be manipulated to reproduce the effects of dietary caloric restriction and improve egg quality in aging animals fed a normal diet, which gives us clues that we may be able to alter this highly regulated process with compounds now being developed to mimic the effects of caloric restriction.”

Many studies have found that animals whose food intake is restricted but still sufficient to avoid malnutrition live longer and show fewer signs of aging than do animals given access to as much food as they want. The long-term effects of a caloric restriction (CR) diet in humans are being investigated in ongoing studies, but some health improvements, including reductions in cholesterol levels and other cardiovascular risk factors, have already been reported. An earlier study by Tilly’s group found that female mice maintained on a CR diet during most of their adulthood maintained their fertility into very advanced ages, even after being allowed to resume free feeding.

A key step in the development of reproductive cells — sperm and eggs — is a process called meiosis, in which sperm and egg cell precursors with two copies of each chromosome are divided into specialized reproductive cells with a single copy of each chromosome. When mature egg and sperm cells fuse, the resulting embryo has two copies of each chromosome, one from the male and one from the female. Meiosis-associated abnormalities, such as extra or missing copies of chromosomes, are more common in the eggs of aging animals and are responsible for a greater incidence of infertility, miscarriage, and birth defects such as Down syndrome, which is caused by an extra copy of chromosome 21.

Following up on their earlier finding on the impact of CR on fertility in mice, the MGH team took a closer look at metabolic factors that may underlie those results. They first followed two groups of female mice from young adulthood (3 months of age) to 1 year, an age when egg quality and fertility normally would be greatly diminished. One group was allowed to free-feed throughout adulthood, while the other was maintained on a CR diet for about seven months and returned to free-feeding for the last month of the study period. While the free-fed mice showed the expected age-related decline both in the number of egg cells released at ovulation and in how many of those eggs were mature and ready for fertilization, the eggs cells of the aged CR mice more closely resembled healthy eggs of young adult females during their prime reproductive life.

Analysis of chromosomes and other meiosis-related aspects of the egg cells revealed significant abnormalities in cells from aged free-fed mice, while egg cells of the aged CR mice showed no evidence of aging-associated abnormalities. Since the age-associated decline in egg cell quality has been associated with changes in the distribution throughout the cytoplasm of mitochondria — subcellular structures that provide cellular energy — the researchers looked at the effects of diet on those cellular power plants. Again, the age-associated changes seen in the free-fed mice — aggregation of mitochondria into clumps and a drop in levels of ATP, the metabolic fuel produced by mitochondria — were not seen in egg cells from the aged CR females.

While the mechanisms by which caloric restriction produces its effects are still being investigated, several of the metabolic pathways involve a regulator of DNA transcription called PGC-1α, which is known to modulate genes involved in controlling mitochondrial number and function. Tilly’s team also found that egg cells from female mice lacking a functional PGC-1α gene who were allowed to free-feed through adulthood maintained the same egg cell quality as seen in the CR mice. However, combining CR with PGC-1α inactivation did not increase the effects beyond those achieved separately, which suggests that the two approaches work in a common pathway.

“While most of the work in the field of caloric restriction has been done in mice and other laboratory animals, over the past few years a number of studies have shown that several of the health benefits reported in aging mice are also seen in monkeys and perhaps in human populations that have chosen to limit their caloric intake,” says Tilly, who is a professor of obstetrics, gynecology, and reproductive biology at Harvard Medical School.

“If we find a way to safely reproduce in humans the effects we see in this study — and even though this is a mouse study, we know these age-related egg cell defects are also seen in humans — we may be able both to improve a woman’s chance of getting pregnant and, for those who do need assisted reproductive technology, to improve the quality of the eggs we use to minimize if not eliminate the age-related increase in Down syndrome and other chromosomal disorders,” he adds.

The study was supported by a National Institutes of Health MERIT award and by grants from the Henry and Vivian Rosenberg Philanthropic Fund, the Sea Breeze Foundation, and Vincent Memorial Research Funds.

Fuente: Harvard University

Desarrollan una técnica para identificar E. Coli en menos de 48 horas

A raíz del brote de E.coli que ha provocado pérdidas millonarias en el sector agrario almeriense, la empresa de base tecnológica Savia Biotech ha diseñado un nuevo protocolo de seguridad alimentaria que permite confirmar, en menos de 48 de horas, la presencia de la cepa 0104H4 de E.coli, causante de las recientes intoxicaciones alimentarias en Alemania.

El sistema se basa en la realización de un test que se divide en dos niveles de control. El primero consiste en analizar la muestra que llega al laboratorio para detectar la presencia o ausencia de la bacteria E.coli. Lo habitual es hacerlo mediante cepas de cultivo, es decir, se prepara el medio óptimo para favorecer el desarrollo de la bacteria y aislarla para su caracterización.

Tras este primer barrido, y siempre que el análisis confirma la presencia de la E.coli, la muestra se somete a un segundo chequeo para identificar aquéllas que son nocivas para el organismo. Dentro de éstas, las más dañinas son las bacterias enterohemorrágicas (EHEC), que producen hemorragias en el aparato digestivo. Su acción se debe a que generan un tipo de toxina, la verocitotoxina (VTEC), que causa el Síndrome Hemolítico Urémico, enfermedad que ha provocado la muerte de una treintena de personas en Alemania.

Para su identificación, la empresa utiliza técnicas basadas en bilogía molecular que, combinadas con la instrumentación adecuada, consiguen amplificar el tamaño de las partículas de manera que se pueda certificar con seguridad que se trata de la cepa 0104H4.

El director comercial de Savia Biotech, Joaquín María López Batlles, explica algunas características del proceso. “Aplicando esta tecnología, se seleccionan los genes que codifican la toxina shiga, el que codifica la intimina, proteína relacionada con el mecanismo de adhesión de la bacteria, así como variantes de shigatoxinas producidas por otras cepas de E. coli potencialmente virulentas”.

Una de las ventajas que ofrece el test es la reducción del tiempo de análisis. “En menos de 48 horas analizamos y certificamos que los cultivos estén libres de la cepa. La muestra sólo pasa al segundo nivel del test en el caso de que se confirme la presencia de E.coli o de encontrar colonias sospechosas, pero el tiempo de respuesta es el mismo, independientemente de la fase de análisis”, matiza el responsable comercial.

Según López Batlles, “la mayoría de los laboratorios españoles se limita a confirmar la presencia o ausencia de E.coli, es decir, se queda en la primera fase del test. Sin embargo, Savia dispone de un área de genética de la que carecen otras empresas y gracias a la cual se puede avanzar un paso más y ofrecer un análisis más detallado”.

Esta colaboración con el Departamento de Genética, que centra sus investigaciones en el campo de las semillas, es la que ha permitido “la secuenciación y el análisis de ADN de la cepa bacteriana y, por tanto, su identificación”.

Certificar que los cultivos procedentes de Almería son productos sanos libres de E.coli supone un coste de entre 29 y 49 euros, dependiendo del nivel de análisis. “Si hay que pasar a la segunda fase del test, a los 29 euros iniciales se suman otros 20”.

López Batlles señala que con este servicio “se pretende restaurar la confianza de los importadores, distribuidores y consumidores de Alemania y del resto de Europa. Además, este tipo de análisis está avalado por las autoridades competentes en materia de seguridad alimentaria ya que Savia está inscrita en el registro de laboratorios de salud pública de la Junta de Andalucía”.

Fuente: Andalucía Investiga.

Mountain Climbing Brain Scientist Sees Parallels Between His Two Passions

Rafael Yuste likens scientific research to mountain climbing. Assemble a skilled team, get the best equipment, map the route and proceed with slow, deliberate steps. “By walking up very securely, step by step, and not losing track of the summit, you can get there,” says the professor of biological sciences and co-director of the Kavli Institute for Brain Science.

Yuste knows what he’s talking about. An avid mountain climber, last summer he scaled Monte Perdido, an 11,000-foot peak in the Spanish Pyrenees whose final icy incline has claimed dozens of lives.

From the much lower elevation of his office in the Northwest Corner Building, Yuste is tackling another tall challenge: trying to untangle the cerebral cortex. It’s the largest part of a mammal’s brain and is responsible for fundamental functions like perception, memory, imagination and thinking, yet it continues to perplex scientists. “People have been studying the brain seriously for the past hundred years, but now neuroscience is in an exciting time because of the applications of all kinds of new techniques,” says Yuste, who is working toward a unified theory of the cerebral cortex—a computational formula for how the brain functions.

Yuste’s approach is to reverse-engineer the brain, much like engineers who take apart circuit boards to figure out if they are part of a toaster or a TV. “The main hypothesis of how the cortex works is that it’s a circuit built out of modules, like little bricks that repeat throughout the brain,” says Yuste. He takes slices of mice brains, a third of a millimeter thick and consisting of about 20 layers of neurons—also known as nerve cells, they are the central components of the nervous system—then studies them with techniques drawn from physics, chemistry, engineering and computer science.

In his role as co-director of the Kavli Institute (his co-director is Thomas Jessell), one of Yuste’s jobs is to promote interactions between the basic science groups at Morningside and the neuroscientists who are currently housed at the medical center. The institute, headed by Nobel laureate and University Professor Eric Kandel, is also part of the Mind Brain Behavior Initiative.

His team, for example, developed an optical mapping method that involves bathing these brain slices with a chemical that deactivates neurons, and then uses lasers to stimulate them and visualize connections with light. “This way, not only can we see the circuit in action, we can manipulate it with light and be able to get the circuit to become activated and inactivated in an arbitrary fashion,” says Yuste.

Neurons either fire or they don’t; excitatory neurons activate other neurons while inhibitory neurons prevent them from firing. One conundrum neuroscientists face is the relationship between the two kinds of neurons. Yuste recently published research in the journal Neuron demonstrating the multiple connections between inhibitory and excitatory neurons using his optical mapping method. The study supported a long-standing hypothesis that the brain is active in the absence of input, or to put it more technically, the circuits in the brain can generate “intrinsic activity.” It’s one piece of the puzzle Yuste hopes will contribute to the unified theory of the cortex.

Yuste’s training started when he was a high school student, analyzing blood samples in a laboratory run by his mother, a pharmacist in Madrid. His father was a lawyer who was a member of Spain’s State Council and ran a cultural foundation. Attracted to the idea of both doing research and treating patients, Yuste went to medical school in Spain but began considering basic neuroscience research when he did a rotation in the psychiatry ward.

“I realized we were treating schizophrenics without any deep understanding of what goes wrong,” he recalls. “The same argument can be made for many types of epilepsy, Alzheimer’s and bipolar disorders. It’s very difficult to come up with therapies when we don’t understand how the circuit works.” After a six-month research stint in Cambridge, England, Yuste decided to drop medicine and move to the United States to get his Ph.D. at The Rockefeller University. He was a post-doctoral fellow at Bell Labs before joining Columbia in 1996.

Like a mountaineer who can visualize the summit, Yuste is optimistic. “The rest of the body is pretty well understood, but once you go higher than the nose, we’re in uncharted territory,” he says. The unified theory he envisions would be as simple and elegant as the DNA double helix, and could likewise have a galvanizing effect on the field. “Many of us have a feeling that a big breakthrough is about to occur that would illuminate everything.”

—by Beth Kwon

Fuente: Columbia University, New York, USA.

Investigadores de la UCO patentan un sistema más ligero y compacto para codificar vídeos

Un dispositivo que permite codificar el movimiento durante la grabación de vídeo es la nueva patente creada por un grupo de investigación de la Universidad de Córdoba (UCO). Se trata de un sistema más pequeño y potente. Se integra en el circuito que calcula las posiciones de las diferentes imágenes que forman una película durante el proceso de codificación de vídeo. El nuevo dispositivo es más pequeño y requiere menos capacidad de cómputo, por lo que reduce el gasto de energía y alarga la vida de las baterías. “Esta patente puede ser interesante para fabricantes de móviles o PDAs”, indica Joaquín Olivares, responsable de la investigación.

Paula Tarradas López-Pardo

Un grupo de investigadores del Departamento de Arquitectura de Computadores, Electrónica y Tecnología Electrónica de la Universidad de Córdoba (UCO) ha desarrollado un nuevo dispositivo electrónico que permite codificar el movimiento al mismo
Joaquín Olivares, responsable de la investigación.
tiempo que se graba un vídeo MPEG, uno de los formatos más usados para la compresión de imágenes.

El nuevo dispositivo patentado está diseñado para introducirlo dentro de los circuitos que procesan la estimación de movimiento para la codificación de vídeo. Esta codificación es el sistema por el que se convierten las señales de vídeo analógico en digital, cuando se realiza una grabación. Normalmente para codificar se comprime la información para que pueda ser almacenada y transmitida.

Cuando se crea una sucesión de imágenes que después va a ser visionada en un reproductor, por ejemplo la televisión, éste recibe primero una secuencia completa que se toma como referencia para constituir el vídeo íntegro. “Lo que hace este dispositivo es que, cuando vamos a comprimir un archivo, es decir, a codificarlo, este sistema calcula los vectores que señalan las posiciones de las imágenes que se toman como referencia para generar las secuencias que más tarde se descodificarán en los distintos reproductores de vídeo. Ésa es la parte que lleva mayor consumo de energía”, explica el profesor de la UCO Joaquín Olivares, responsable de la investigación.

Aunque ya existen dispositivos de este tipo en el mercado, esta patente presenta como novedad que el circuito diseñado “es más potente y pequeño”, por lo que se reduce el gasto energético alargando la vida de la batería. Estas características hacen que sea idóneo pare ser integrado en teléfonos inteligentes, PDAs, videocámaras y otros dispositivos con recursos más limitados que los reproductores de vídeo habituales” explica.

El equipo de investigación ha trabajado en el desarrollo del circuito de codificación H.264/AVC MPEG durante ocho años. “Esta patente puede ser interesante para fabricantes de móviles o PDAs”, opina Olivares.

Fuente: Andalucía Investiga, Universidad de Córdoba.

Soil Mapping in Africa Breaks New Ground

Accurate knowledge of local and regional soil characteristics is essential for sustainable agricultural development, but the existing body of information about the conditions and trends of African soils is outdated and imprecise. Thus there is an urgent need for accurate, up-to-date and spatially-referenced soil information—in the form of accurate and comprehensive maps—to support agriculture in Africa.

Conventional soil mapping is limited in what it can communicate. It relies on polygons—often lines originally drawn in the field by soil surveyors— and the resulting image cannot fully express the complexity of soils in a landscape or be easily integrated into a global map. As a result these maps have only limited value in making land management decisions, among other limitations. The first world soil map—created in 1981 by the Food and Agriculture Organization (FAO) of the United Nations and the UN Educational, Scientific and Cultural Organization (UNESCO)—is still utilized today but is greatly limited by its low resolution (1:5 million scale). Other higher-resolution conventional soil maps (1:1 million scale) are also available, but for only part of the globe.

Using new technologies and methods including vastly improved satellite data and ground-based spectral measurements, new techniques in statistical modeling, major improvements in the collection and prediction of soil properties, and improvements in pixel displays, it is now possible to produce a high-resolution digital soil map for the entire world, at 100 times the resolution of existing soils maps. Beginning by mapping sub-Saharan Africa, a digital soils map is being developed under the auspices of the Africa Soil Information Service (AfSIS) and the GlobalSoilMap.net Consortium. The map will be based on a fine-resolution three-dimensional grid showing functional properties of soils. Accessible to a mixed audience of scientists, local farmers and policymakers, the digital soils map will provide up-to-date information for the mapping of soil conditions, set a baseline for monitoring changes, and provide options for soil and land management.

AfSIS is led by the International Center for Tropical Agriculture—Tropical Soil Biology and Fertility Institute (CIAT-TSBF) at the Earth Institute, Columbia University, and ISRIC—World Soil Information. It includes scientists from national agricultural centers and universities throughout Africa, including Tanzania, Malawi and Mali, where regional laboratories conduct soil sampling and spectral analysis as well to train local partners. The project also involves collaboration with national agricultural research stations in Kenya, Nigeria and many other countries in Africa that are working on soil sampling, setting up field trials, conducting laboratory analysis and producing soil property maps. GlobalSoilMap.net collaborators are from national environmental and agricultural research centers and academic institutions around the world.

As of February 2011, soil sampling has begun in 20 sentinel sites across Africa including Mali, Malawi, Tanzania, Ethiopia, Ghana, Nigeria, South Africa and Zambia. For more information, see the paper, “Digital Soil Map of the World.”

Project Leader: Markus Walsh of the Tropical Agriculture Program, in cooperation with the Center for International Earth Science Information Network

Fuente: The Earth Institute, Columbia University.