ingeniería

Cucarachas biónicas para la enseñanza de las neurociencias

Cuando eran estudiantes de doctorado, Tim Marzullo y Greg Gage, fundadores de Backyard Brains, se pusieron un reto personal de ingeniería: “Construir un aparato de neuroelectrofisiología que tuviera un costo de menos de 100 dólares”. En el pasado, una persona curiosa con deseos de introducirse en el mundo de las neurociencias tenía que invertir muchos años de estudio y contar con acceso a equipo muy costoso, que por lo general sólo esta al alcance de grandes universidades y centros de investigación. “Las neurociencias son lo opuesto a la astronomía. La barrera de entrada era muy alta. Como si una persona tuviera que hacer forzosamente un doctorado en astronomía para poder mirar la luna a través de un telescopio”, dice Greg.

Así pues, este par de ingenieros se presentaron con su idea y un prototipo en la reunión anual de la Society for Neuroscience en 2008. Pese a que en aquella ocasión su prototipo no funcionó, causaron revuelo entre los asistentes.  Motivados por la buena respuesta del público, siguieron trabajando y al cabo de unos meses, ya contaban con un prototipo funcional, al que bautizaron como SpikerBox.

SpikerBox registra la actividad de neuronas en acción. Basta, por ejemplo, con conectar dos electrodos a la pierna de una cucaracha (viva) y cada vez que el insecto la contrae y sus neuronas emiten un impulso eléctrico, el SpikerBox lo detecta y lo convierte en la típica gráfica con picos tan característica en los estudios de electrofisiología.

Señales neurológicas en el cerebro de las cucarachas

Backyard Brains vende el SpikerBox pre-ensamblado por 90 dólares. Aunque el dispositivo es open-source, lo que permite que si algún aficionado prefiere construirse el suyo con sus propias manos pueda tener acceso a manuales y videos que describen el proceso paso a paso, y además deja la puerta abierta a que los usuarios hagan modificaciones para innovar el aparato, que además puede también conectarse a una computadora, iPhone, ó iPad, para guardar tus mediciones, hacer análisis y convertir los impulsos en sonidos.

Ipad App SpikerBox

A la fecha, los chavos de Backyard Brains han vendido mas de 550 kits del SpikerBox y han hecho demostraciones frente a mas de 6,000 personas.  Su segundo desarrollo —todavía en versión beta— es aún más emocionante.  Se llama Robo-Roach, y consiste en un dispositivo que se le implanta a una cucaracha viva, y permite estimularla a control remoto para hacerla pensar que su antena choca contra una pared. Las cucarachas no tienen ojos ni olfato, sino que se guían por el tacto de sus antenas. Cuando su antena siente que ha chocado contra algo, saben que deben darse la vuelta. El primer prototipo del Robo-Roach permite controlar el movimiento hacia la izquierda y hacia la derecha de la cucaracha. Aquí puedes ver un video del prototipo en acción:

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Esta tecnología para dirigir a las cucarachas mediante control remoto, ya existía hace tiempo, solo que a nivel de laboratorios de investigación. Por ejemplo, ingenieros del Texas A&M Nuclear Science Center, desarrollaron un dispositivo similar que, al ser instalado sobre la espalda de las cucarachas las convierte en detectores de radiación vivientes, lo que permite explorar zonas potencialmente contaminadas que no son seguras para los seres humanos.  También se han hecho ensayos colocando mini-cámaras de vídeo y dirigiéndolas entre los escombros para la búsqueda de sobrevivientes de terremotos. Ahora, gracias a Backyard Brains, las cucarachas se ponen a un paso de llegar al salón de clases.

Robert Uglesich, profesor en física en Cooper Union, en Nueva York, utilizó el Robo-Roach para enseñar microestimulación, electrónica analógica y sobre las bases neuronales de la conducta a estudiantes de preparatoria durante un curso de verano en ingeniería.  Después de jugar con el aparato y realizar varias observaciones, los estudiantes descubrieron que al conectar electrodos a los cercos en vez de hacerlo en los nervios de la antena , era posible controlar el movimiento hacia delante de la cucaracha.  Esto no es mas que un pequeño ejemplo del enorme  potencial que tienen dispositivos como los de Backyard Brains para revolucionar la enseñanza de ciencias como biología y física.  Es por eso que los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos otorgaron recientemente un donativo de $250,000 dólares a Backyard Brains para que desarrolle un programa educativo basado en sus inventos, de modo que puedan ser llevados al salón de clase.

Pero el SpikerBox se ha encontrado ya un lugar también en uno que otro laboratorio de investigación. Por ejemplo, el Dr. W. David Stahlman, profesor en psicología en la Universidad de California en Los Angeles, lo está empleando exitosamente en sus experimentos con palomas y cangrejos ermitaños.

La verdad es que no puedo contener mi entusiasmo y admiración por gente como Tim y Greg, que han encontrado formas innovadoras que permiten que la ciencia llegue a manos de más gente. Indudablemente, sus inventos pueden ayudar a hacer la enseñanza de las ciencias para niños y jóvenes mucho mas atractiva y dinámica. Se me ocurre, por ejemplo,  que podríamos lanzar un programa piloto de educación en neurociencias en escuelas de México, incluyendo prácticas con abejas, saltamontes y otros insectos.

Para los curiosos, les dejo este video paso a paso de cómo se implanta el "Robo-Roach" en una cucaracha (en inglés): [youtube aligncenter width="400" height="300" clipid="5Rp4V3Sj5jE" autoplay="0" controls="1" loop="0" disablekb="0" hd="0" showinfo="1" showsearch="0"]

Acerca del autor: Miguel E. Rentería es egresado de la UNAM y actualmente estudia un doctorado en genética y neurociencias en la Universidad de Queensland, Australia. Twitter: @mkrente

Otros textos del autor: El reto Pepsi dentro de un escáner cerebral Relaciones amorosas y estilos de apego emocional

*Con información de www.BackyardBrains.com