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Experimento en conmemoración de Anuradha Rao: Effecto de la Nicotina y el MSG sobre las Neuronas

Son las 2 de ma mañana, tu examen de álgebra lineal es en 6 horas, y te tomas otro café más. De repente, te preguntas: "¿Servirá de verdad el café, u otras drogas?" Estamos aquí para guiarte por un experimento muy interesante donde usarás drogas, como el glutamato y la nicotina, para alterar la tasa de disparo de las neuronas del sistema del cerco del grillo.

Tiempo 45 Minutos
Dificultad Avanzado

¿Qué vas a aprender?

En este experimento descubrirás cómo distintas drogas y agentes químicos afectan el sistema nervioso usando el sistema del cerco del grillo. También aprenderás a hacer algunas soluciones químicas.

Prácticos Requeridos

  • SpikerBox - Debieras estar familiarizado con el uso de tu SpikerBox.


Antecedentes

Hemos estado estudiando "spikes" en los últimos experimento, y lo seguiremos haciendo, ¡pero ahora además estudiaremos las sinapsis! Recuerda el Experimento 1, donde te explicamos que las neuronas se comunican a través de una combinación de electricidad y química. Imagina 2 neuronas:

Una vez que un spike llega al final de la primera neurona, hace que ésta libere "neurotransmisores" a través de la pequeña distancia que separa a las dos neuronas, llamada "sinapsis". Estos neurotransmisores se unen a receptores que están en la segunda neurona, lo que causa que la segunda neurona comience a disparar spikes (también puede generar lo contrario, pero dejémoslo simple por ahora). Estos receptores son muy sensibles a la actividad eléctrica, y también a ciertos compuestos químicos. De hecho, es esta misma sensibilidad la que permite que las neuronas, y nosotros mismo, seamos capaces de aprender.

En este experimento se probará el efecto de compuestos neuroactivos en neuronas del sistema nervioso central. Obtener fármacos que afectan las neuronas puede ser bastante difícil, ya que suelen ser muy peligrosos (como batracotoxinas de ranas venenosas o tetradotoxinas del pez globo fugu, ambos bloqueadores de canales de sodio) o son drogas de abuso (como la cocaína, que permite que la dopamina permanezca en la sinapsis más tiempo de lo normal). Pero, nosotros tenemos acceso a dos tipos de drogas que podemos usar en nuestros insectos.

¡Nicotina y Glutamato Monosódico!

La nicotina proviene de la planta del tabaco. El tabaco desarrolló la nicotina para evitar que los insectos se comieran sus hojas. La nicotina es un poderoso agonista del receptor de la acetilcolina; amplifica el efecto de la acetilcolina (ACh) que se une a sus receptores en la sinapsis, provocando que la neurona dispare más (debido a la mayor afluencia de iones de sodio).

Mientras que la nicotina es una droga que actúa sobre los receptores a los que los neurotransmisores se unen, el glutamato monosódico es un neurotransmisor en sí mismo. Una vez disuelto en agua, se convierte en iones de sodio cargados positivamente e iones de glutamato con carga negativa. El glutamato es normalmente parte de la vía metabólica de la glucólisis (descomposición del azúcar) y está prontamente disponible en los alimentos que comes.

De hecho, más del 80% de las sinapsis en tu cerebro usan glutamato, ya que éste es un neurotransmisor excitador. ¿Crees que el glutamato sea excitatorio en un insecto también?

Procedimiento

Para preparar tu solución de nicotina, toma un cigarrillo o cigarro pequeño, quita todas las hojas de tabaco trituradas, y colócalas en un recipiente pequeño (un frasco de pastillas, por ejemplo). Llene el recipiente con solución salina, coloca la tapa, agita la mezcla y deja reposar un par de días para extraer la nicotina. Con el tiempo la solución debe tornarse de color café amarillento. Si estás en educación media, pídele ayuda a tu profesor para preparar esta solución.

para preparar tu solución de glutamato, vas a utilizar el aditivo alimentario llamado glutamato monosódico (MSG). Puedes encontrarlo en una tienda de comestibles de importación de Asia, ya que el MSG es un potenciador del sabor en las comidas asiáticas. Llena un frasco de pastillas a una cuarta parte con los cristales de sal de MSG, llena el resto de la botella con solución salina, y agita bien para disolver el GMS. Ten en cuenta que no todo el GMS se disolverá, ya que estás haciendo una solución saturada. Investiga, o pregúntale a tu profesor, qué es una solución saturada.

Por razones que aún no hemos descubierto (o quizás no hemos trabajado tanto para resolverlo), la preparación de pata de cucaracha no funciona bien para experimento neurofarmacológicos. Quizás puedes probar que estamos equivocados, pero por ahora, vamos a cambiarnos a una nueva especie, el sistema del cerco del grillo.

Puedes comprar grillos en una tienda de mascotas como alimento para lagartos y otros reptiles, son muy baratos. Coloca tus grillos en hielo cuando estés listo para hacer un experimento. Toma las dos agujas de tu electrodo y colócalas a lo largo del eje central del insecto, como se muestra en la figura de abajo:

Espera 2-4 minutes para que las neuronas se "calienten" y sopla suavemente en la parte trasera del insecto. Debieras poder ver como se mueve el cerco por la presión que ejerce tu soplido. El cerco es un sistema de órganos sensoriales en la parte posterior del grillo, particularmente snesible a la vibración del aire. También debieras escuchar un aumento en la actividad de spikes en tu SpikerBox. Fijate que estos spikes no son tan fuerte como los spikes que puedes escuchar en la pata de la cucaracha, pero con un poco de suerte, debieras poder escucharlos.

Ahora, usando una jeringa pequeña (se pueden comprar en una farmacia), inyecta unas gotas de cada solución en el abdomen del grillo cerca de uno de los electrodos. Describe qué observas con cada solución. ¿Puedes explicar los efectos en términos de la tasa de disparo?

Sobre Anuradha Rao

Este experimento está dedicado a Anuradha Rao, una neurocientífica que estudió farmacología y que le encantaba la difusión educacional. Su generoso fondo conmemorativo permitió a Backyard Brains presentar experimentos y prototipos en una Conferencia de la Society for Neuroscience en 2010 en San Diego, CA