Si quieres acelerar el corazón de alguien, probablemente haya mejores maneras de conseguirlo que alumbrándole la oreja con una linterna. Pero si cambiamos la linterna por un láser y a esa persona por un pez cebra, las cosas se ponen sorprendentemente interesantes.
Sin embargo, según el físico Xiaoshuai Liu, de la Universidad de Guangzhou en China, la forma en que una señal luminosa llega desde el oído hasta alterar el ritmo cardíaco es una historia un poco más compleja. Él y sus colegas han hecho precisamente eso, y es tan increíble como suena.
“Cuando la gente piensa en luz y sonido, instintivamente asocia la luz con la visión y el sonido con la audición, una combinación aparentemente natural. Sin embargo, si nos remontamos al principio físico del sonido, vemos que fundamentalmente se trata de vibración”, explicó Liu a Science Alert.
“La idea de controlar la frecuencia cardíaca se inspiró en la musicoterapia tradicional. Dado que el sonido rítmico puede modular el ritmo cardíaco, nos preguntamos: ¿Podríamos usar haces de luz programados con precisión para componer ‘música de luz’ y lograr la regulación de la frecuencia cardíaca?”
El oído es un órgano delicado y complejo con estructuras sensibles capaces de captar vibraciones mínimas. En la mayoría de los vertebrados, estas estructuras incluyen los otolitos: diminutos cristales de carbonato de calcio, similares a piedras. El sonido o el movimiento provoca su desplazamiento, lo que estimula las células sensoriales del oído.
El sonido no es lo único que puede mover físicamente un objeto diminuto. Durante años, los científicos han utilizado unas pinzas ópticas para manipular objetos minúsculos. Básicamente, emplean la presión de la radiación para ejercer una fuerza física que puede empujar o mover algo muy, muy pequeño.
Los otolitos que se encuentran en los oídos de las larvas de pez cebra son realmente muy pequeños. Y lo que es más importante, su movimiento forma parte de cómo el pez detecta el sonido y el movimiento.
Eso los convertía en un objetivo fascinante para una herramienta diseñada para manipular objetos microscópicos. Si una trampa óptica pudiera hacer que un otolito se moviera sin que ningún sonido llegara al oído, los investigadores podrían, en efecto, saltarse el primer paso de la audición.
“Nuestra motivación inicial fue romper con la asociación convencional de la luz con la visión y el sonido con la audición, y en su lugar explorar la posibilidad de hacer que los organismos ‘escuchen’ la luz”, explicó Liu.
“Una vez que nos liberamos del pensamiento convencional, cualquier estrategia capaz de oscilar puede generar el equivalente al sonido”.
Así que lo intentaron. Como era de esperar.
Utilizaron pinzas ópticas para hacer oscilar otolitos individuales en larvas vivas de pez cebra mientras registraban la actividad cerebral. La estimulación activó regiones relacionadas con la audición, lo que sugiere que el movimiento mecánico estaba siendo procesado por el circuito auditivo del pez.
¿Eso significa que el pez está “escuchando” la luz? Bueno, eso es un poco más difícil de responder.
“El antiguo filósofo chino Zhuangzi dijo una vez: ‘No eres el pez, ¿cómo puedes saber lo que siente?'”, dijo Liu. “De manera similar, no podemos comunicarnos directamente con los peces cebra para confirmar si están “escuchando” la luz de forma consciente”.
Lo que los investigadores pudieron determinar fue que los centros neuronales relacionados con la audición se volvieron significativamente más activos durante la estimulación óptica. Pero eso no es todo. Los investigadores observaron que cuando movían el otolito de un pez, su corazón se aceleraba.
En un experimento, la frecuencia cardíaca en reposo, que era de aproximadamente 2 latidos por segundo, aumentó a unos 2,7 latidos por segundo durante la estimulación, y luego volvió gradualmente al nivel inicial una vez que cesó la estimulación. Los investigadores descubrieron que la oscilación selectiva de los otolitos podría aumentar la frecuencia cardíaca en torno a un 50%.
Y gracias a que las pinzas ópticas permitieron a los investigadores controlar con precisión el movimiento del otolito, pudieron hacer algo aún más sorprendente: reproducir patrones que correspondían a la música. Al modificar la amplitud, la frecuencia y la duración de las oscilaciones, pudieron imitar propiedades relacionadas con el volumen, el tono y el ritmo. Estas observaciones condujeron la investigación en una nueva dirección.
“Dado que podíamos usar la luz para reproducir estímulos musicales e influir en la frecuencia cardíaca, parecía lógico preguntarse si también podríamos aplicar este método para corregir ritmos cardíacos anormales”, declaró Liu a ScienceAlert.
“Este razonamiento nos llevó a realizar experimentos para revertir las arritmias inducidas por fármacos”.
Los investigadores utilizaron fármacos para inducir tres tipos diferentes de ritmo cardíaco anormal en larvas de pez cebra y, a continuación, aplicaron la estimulación musical generada ópticamente. En los peces con latidos cardíacos anormalmente lentos, la estimulación logró que sus ritmos cardíacos se acercaran a la normalidad.
En los peces cuyas cámaras cardíacas superior e inferior se habían desincronizado, se restableció la coordinación normal en seis de cada siete animales. Y en los peces cuyos latidos cardíacos se vieron interrumpidos por pausas anormales, los ritmos normales volvieron en cinco de cada siete casos. Lo más increíble es que algunas de las mejoras persistieron incluso después de que cesara la estimulación.
“El resultado que más nos sorprendió fue que este enfoque… no sólo podía modular la frecuencia cardíaca, sino también revertir las arritmias patológicas inducidas por fármacos”, explicó Liu.
“El hecho de que un estímulo puramente óptico, transmitido a través de la vía auditiva, pudiera restablecer el ritmo cardíaco normal en un modelo de enfermedad superó nuestras expectativas iniciales y podría abrir posibilidades interesantes para futuras aplicaciones terapéuticas”.
Por supuesto, esas posibilidades están lejos de hacerse realidad. Liu describe el estudio como una “demostración preliminar de prueba de concepto”; aún no está claro cómo las señales neuronales producen los cambios en el ritmo cardíaco, y todavía queda por investigar si el método podría funcionar en animales más grandes.
“Consideramos este trabajo no como una respuesta definitiva, sino como una invitación a explorar una nueva frontera en la intersección de la óptica, la neurociencia auditiva y la fisiología cardíaca”, declaró a ScienceAlert.
Los resultados se han publicado en Nature Communications.
Fuente: Science Alert.
