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Experimento: Microestimulación de Neuronas y Músculos

La electricidad juega un rol clave en el funcionamiento de nuestro sistema nervioso y muscular. En este experimento vas a estimular los músculos de la pata de una cucaracha usando la música en tu dispositivo móvil.

Tiempo 30 minutos
Dificultad Principiante

¿Qué vas a aprender?

En este práctico conocerás la historia y el uso de la microestimulación en el estudio del sistema nervioso, e investigarás el efecto de la frecuencia en la excitabilidad eléctrica de los nervios de la cucaracha.

Prácticos Requeridos

  • SpikerBox - Debieras hacer el experimento incial del SpikerBox primero, para aprender más sobre las neuronas antes de este práctico.


Antecedentes

Mucho antes que los científicos fueran capaces de registrar spikes, podían estimular el sistema nervioso mediante el uso de baterías ((La Botella de Leyden)). Dado que los nervios utilizan electricidad para comunicarse, pueden ser manipulados por ella también. Luigi Galvani, un científico italiano del siglo XVIII, descubrió que al aplicar electricidad a los nervios de las patas de una rana, sus músculos se contraían.

Descubrimientos como este dieron lugar a debates sobre si la "electricidad animal" era diferente de la electricidad producida en las tormentas eléctricas. Galvani también experimentó con esto, colgando ancas de rana en su patio trasero durante tormentas y observando los espasmos de las patas. Estos resultados fueron también fuente de inspiración para "Frankenstein", de Mary Shelley:

    "Quizás podía reanimarse un cadáver; el galvanismo había dado prueba de tales cosas; quizás podía fabricarse las partes componentes de una criatura, ensamblarlas y dotarlas de calor vital." -Mary Shelley, Introducción a Frankenstein

Eventualmente, la comunidad científica se puso de acuerdo y descubrió que si bien la electricidad es capaz de estimular el sistema nervioso y el tejido muscular, el tejido en sí genera electricidad. Esto llevó a los inicios de la neurociencia contemporánea, que es lo que estás estudiando hoy.

En otro famoso experimento en 1870, los científicos y médicos alemanes Eduard Hitzig y Gustav Fritsch aplicaron una corriente eléctrica a la corteza cerebral expuesta (la parte arrugada del cerebro) de un perro, en su propia cocina (sí, en ese tiempo también sonaba extraño) demostrando que la estimulación de partes diferentes del cerebro puede causar diferentes tipos de movimientos.

Hoy en día, estas técnicas son utilizadas especialmente en pacientes afectados por la enfermedad de Parkinson.

Mediante la inserción de un pequeño electrodo, siempre en una parte específica del cerebro conocida como el núcleo subtalámico, es posible disminuir sacudidas y temblores asociados con la enfermedad. Sin embargo, se han descrito efectos secundarios, como una asociación a la adicción al juego y otras conductas compulsivas.

Actualmente, algunos grupos de investigación de avanzada están diseñando pequeños chips que estimulan los nervios del ojo como una cura para la ceguera.

Video

Video explicativo del experimento.

Procedimiento

  • Usando tu celular o tu computador, conecta el cable de estimulación a la entrada de audífonos.
  • Conecta los clips del cable de estimulación a las agujas en la pata de la cucaracha.
  • Elige una canción con mucho bajo (recomendamos cualquier canción del álbum "Paul's Boutique"), pon el volumen a la mitad, y súbelo lentamente. En algún momento, la pata debiera empezar a "sacudirse" al ritmo del bajo de la canción.
  • Ahora pon una cacnión con muchos agudos (como J.H. Bach), y observa la pata. ¿Se mueve?
  • Por supuesto, sería ideal tener un control sobre la estimulación más fino que tan solo tocar música. No te preocupes, se puede hacer. Usando una aplicación gratis como ToneGen en tu laptop, o FreqGen en tu iPhone, puedes controlar la frecuencia y amplitud del estímulo. En personas que tienen un implante coclear o estimuladores profundos del cerebros, la señal (llamada "tren de pulsos bifásicos")se ve así:

  • Coloca los ajuste en "square wave", y ajusta la tasa (frecuencia)...

  • y volumen (amplitud).

    ¿Puedes encontrar el punto ideal con el menor volumen y mejor frecuencia para lograr movimiento? Usa la siguiente tabla como guía.

    Novedades

    Si quieres, puedes estudiar la microestimulación en un experimento aún más simple solamente usando:

    Primero, estudiemos la teoría detrás del funcionamiento de los parlantes:

    El sonido, representado por la corriente eléctrica que viaja por los cables, pasa por un campo magnético en el parlante, lo que causa que el tambor se mueva, empujando aire y crando el sonido que puedes escuchar. Por ejemplo, ¿has visto un woofer vibrando en un concierto de rock?

    Este principio funciona al revés también, y así funcionan los micrófonos. Si hablas por un micrófono, el movimiento del tambor genera una corriente que fluye a través de los cables. Si usamos un parlante especial, llamado piezoeléctrico, podemos generar voltajes bastante grandes (1-3 V), ¡tan grandes que son capaces de excitar tejido nervioso y muscular!

    Conecta los dos cables del parlante a las agujas en la pata de la cucaracha usando los clips, coloca el parlante cerca de tu boca, y silba lo más fuerte que puedas. Observa la pata; mientras silbes más fuerte, la pata debiera empezar a moverse.