Search

Contextualización: los modelos neuronales artificiales son modelos diseñados a partir de métodos numéricos denominados Redes Neuronales Artificiales. El uso de estos, como herramienta de predicción de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), ha demostrado diversas ventajas, entre otras, la reducción del tiempo y los costos económicos asociados a este parámetro. La DBO generalmente requiere de 5 a 7 días, así como múltiples reactivos químicos, para poder establecer los niveles de materiales orgánicos en las aguas. Vacío de investigación: los modelos neuronales artificiales permiten calcular la DBO en tiempo real, a partir de variables fisicoquímicas registradas in situ. A pesar de ello, las redes neuronales artificiales no han sido utilizadas hasta ahora como método de estimación de la DBO en aguas marinas de Colombia. Propósito del estudio: teniendo en cuenta este aspecto, en la presente investigación se elaboró un modelo neuronal artificial que permite estimar la DBPO en aguas del Mar Caribe Colombiano. Metodología: para elaborar el modelo fue necesario realizar cinco simulaciones (constituidas por un número de 2 a 3 capas ocultas, y de 5 a 20 neuronas por capa). El desempeño predictivo de cada una de estas se evaluó a través del coeficiente de correlación. Resultados y conclusiones: los valores más altos de este indicador estadístico (0,937, 0,951, 0,953, y 0,941), se obtuvieron para el modelo que utilizó 3 capas, de 20 neuronas cada una, en sus cuatro etapas de aprendizaje (entrenamiento, validación, prueba, y todos los datos). Estas cifras indican un cercano ajuste entre los datos observados y las estimaciones hechas por la red. Estos resultados demuestran además que la Demanda Bioquímica de Oxígeno puede ser estimada numéricamente, en aguas marinas, a través de modelos neuronales artificiales.

Entre 1887 y 1897 Santiago Ramón y Cajal realizó una serie de estudios micrográficos que jalonarían el debate acerca de la estructura y la fisiología del sistema nervioso al suministrar substrato empírico y guía heurística al marco teórico dentro del cual serían las mismas investigadas en lo sucesivo. El significado del trabajo realizado por Cajal en ese decenio no puede ponderarse sin un serio intento de establecer los pertinentes vínculos entre el mismo, sus antecedentes y su contexto contemporáneo. A tal fin, los apartados primero y segundo abordan el contexto científico en que Cajal elaborara en el periodo indicado la teoría neuronal y la ley de la polarización dinámica, prestando atención a planteamientos convergentes y divergentes de contemporáneos y antecesores. El tercero, por su parte, se dedica a la discusión del marco metodológico de la formulación de las señaladas aportaciones, soslayando recientes conatos de polémica historiográfica en torno a la paternidad de las mismas e incidiendo en que el núcleo del legado de Cajal no ha de buscarse en discusiones de esta naturaleza, sino en el amplio cuerpo de observaciones que recogiera y, muy particularmente, en la profusión de hipótesis mediante las cuales tratara de incardinarlo cabalmente en los marcos teóricos sancionados en ciencias biológicas.

El modelo neurobiológico de la conciencia está implantado y arraigado en la ciencia actual. En esta contribución se pretende probar que posee unos débiles cimientos que deben ser reforzados. Para mostrarlo se reflexiona críticamente sobre tres de sus dimensiones que se pueden considerar esenciales: (i) la identificación de conciencia y cerebro; (ii) la negación del libre albedrío; y (iii) las escasas aplicaciones clínicas del modelo. Estas reflexiones nos indican la necesidad de construir un modelo más robusto. Se necesita un modelo predictivo cuyos resultados no solamente se puedan validar sino que además tengan aplicaciones prácticas que sirvan para mejorar el bienestar y la calidad de vida de las personas.

En la transición a la vida extrauterina, el recién nacido sufre un período de ayuno (prelactancia) que transcurre entre el cese de la nutrición placentaria y la instauración de la lactancia. El gasto de energía por las neuronas es tan alto en estas circunstancias, que la glucogenólisis es incapaz de restablecer los niveles de glucosa en la sangre. En consecuencia, durante la prelactancia debe haber otros sustratos energéticos y lipogénicos, que adicionalmente ayuden a mantener la síntesis de neurotransmisores.Este trabajo establece la importancia de acetato en el metabolismo oxidativo y del lipogénico en neuronas durante la prelactancia. Se determinaron las velocidades de oxidación y lipogénesis en cultivos quiescentes de neuronas fetales de rata incubadas con acetato (5 mM), [1- 14C]-acetato, [2- 14C]-acetato y [U- 14C]-acetato(200-300dpm/nmol Adicionalmente, se utilizaron inhibidores enzimáticos como el dicloroacetato(1 mM) y el aminooxiacetato (5 mM), e inhibidores del transporte como el α-ciano-4-hidroxicinnamato(2 mM), butilmalonato (5 mM) y 1,2,3-bencenotricarboxilato (5 mM).Los resultados en su conjunto indican que las neuronas pueden metabolizar acetato más como sustrato energético que lipogénico, lo que nos permite pensar que este sustrato puede llegar a ser más importante para ayudar a mantener el metabolismo oxidativo, favoreciendo el reciclaje de carbonos en la prelactancia.Adicionalmente, se evidenció con el uso de [1-14C]-acetato una alta actividad anaplerótica sobre todo cuando las neuronas requieren mantener los reservorios de oxalacetato y acetil-CoA para mantener la respiración. Estos resultados señalan a la acetil-CoA sintetasa (AceCS2) y la enzima málica (mME) mitocondriales, como enzimas claves para mantener el funcionamiento de las neuronas en la prelactancia.Con el uso de [2-14C]-acetato, los resultados sugieren que las neuronas tienen un alto requerimiento de carbonos, principalmente para la síntesis de neurotransmisores. Adicionalmente, la lipogénesis está soportada por la vía del citrato y la vía de la acetil-CoA sintetasa citosólica (AceCS1).

Durante el período perinatal el cerebro utiliza sustratos alternativos a la glucosa para mantener su desarrollo, pues en este momento sus niveles están disminuidos. El acetato es metabolizado por las neuronas y los astrocitos durante la prelactancia. La utilización del acetato por estas células puede verse mejorada por lasreacciones fijadoras de CO2, algunas de las cuales participan en el mantenimiento de los intermediarios del TCA, que son reducidos por la producción y liberación de aminoácidos, suministrando los recursos para la producción de energía y sustratos que son compartimentados intercelularmente.Se estudió el efecto de la fijación de CO2 en procesos metabólicos intercelulares donde está involucrado el acetato. En incubaciones con neuronas y astrocitos de 7 y 14 días de cultivo, utilizando acetato (5 mM) y [14C]-bicarbonato de sodio (10 µ Ci) (500-1000 dpm/nmol), se determinó la incorporación en metabolitos marcados en células y en sustratos estables liberados al medio. Adicionalmente, se realizaron experimentos similares utilizando inhibidores como el aminooxiacetato (AOA), dicloroacetato (DCA), α-ciano-4-hidroxicinnamato (α-CN), butilmalonato (BM) y bencenotricarboxílato (BT), cuantificando porcromatografía de capa delgada la concentración en el medio de incubación de alanina, aspartato, glutamato y glutamina.Los resultados indican que las neuronas tienen una menor capacidad para fijar carbonos en estructuras celulares, durante la prelactancia, pero utilizan mejor el acetato vía acetil-CoA mitocondrial (AceCS2) para la producción de energía y aminoácidos. En los astrocitos, estas reacciones favorecen la utilización del acetato vía citrato liasa y Acetil-CoA citosólica (AceCS1) para la producción de estructuras y sustratos utilizados por las neuronas, que para la producción de aminoácidos.

El mecanismo de intercambio de sustratos entre neuronas y astrocitos, no es claro y menos claro es, si los efectos metabólicos en las células receptoras, son resultado de señalización por calcio. Se plantea la posibilidad de que existan señales entre neuronas y astrocitos que relacionen su funcionamiento metabólico a través de las concentraciones de calcio. La concentración de calcio se midió por absorción atómica en el medio intra y extracelular de cultivos primarios de neuronas y astrocitos y posteriormente en el medio intra y extracelular después de una hora de incubación con lactato, glutamato, glutamina y acetato a concentraciones fisiológicas. Las comparaciones estadísticas se efectuaron con ANOVA y Duncan (p < 0.05). Se hicieron 3 replicaciones de cada experimento con 5 repeticiones. Los resultados permiten afirmar que al hacer incubaciones in vitro con los sustratos, se producen variaciones en las concentraciones de calcio extra é intracelular. El estrés metabólico puede estar influyendo en estas variaciones. Adicionalmente, se demuestra que los astrocitos son menos dependientes del calcio extracelular que las neuronas. Las variaciones del calcio intracelular pueden incrementar el metabolismo de estas células y acelerar el metabolismo mitocondrial. Se postula que cambios en la concentración de calcio afectan el metabolis-mo de células excitables en incubaciones in vitro usando diferentes sustratos.