Estudiando el cerebro

Neurociencia presente y futuro

En octubre de 2010 el Parlamento Español, a propuesta de la Sociedad Española de Neurociencia (SENC), declaró el 2012 Año de la Neurociencia en España. Los promotores anunciaban esta iniciativa como «una oportunidad única para dar impulso a la investigación neurocientífica en las universidades y centros de investigación de nuestro país, fomentar la transferencia de los conocimientos sobre el cerebro a la sociedad e impulsar la enseñanza del funcionamiento del cerebro a los estudiantes de todos los niveles y su divulgación al público general».

La propuesta se aprobó con el voto favorable de todos los diputados presentes en el parlamento con una sola abstención. Sin embargo, desde entonces no solo no ha habido partidas presupuestarias o convocatorias específicas para impulsar la investigación en neurociencia en nuestro país, sino que la inversión del estado en I+D+i no ha dejado de caer peligrosamente. La política de recortes del gobierno ha afectado de forma importante a los presupuestos de este año dedicados a la investigación y la transferencia de conocimientos (que han disminuido en un 25,5% respecto a los ya mermados de 2011). En la convocatoria de este año de Proyectos de Investigación Fundamental no Orientada, se han concedido únicamente el 35% de los proyectos solicitados en el área de biomedicina (una de las que más proyectos de neurociencia incluye). Lo que supone que casi 400 proyectos de investigación biomédica han quedado sin financiación. Por tanto podemos decir que la investigación en neurociencia en nuestro país no solo no ha recibido un impulso, sino que con estos recortes acabará sufriendo una desaceleración, cuando no un retroceso.

En cambio, el objetivo de divulgar las neurociencias ha tenido más éxito y a lo largo del año se han puesto en marcha diferentes iniciativas para comunicar a la sociedad los avances en la investigación sobre el sistema nervioso (muchas de ellas promovidas por la SENC1) en las que han participado sociedades científicas, universidades, institutos de investigación y fundaciones. Los artículos de este dossier son una pequeña contribución de la revista Mètode a esta labor divulgativa sobre la neurociencia.

En el número 23 de Mètode se publicó un monográfico sobre el cerebro que tuve el placer de coordinar. Era el otoño de 1999 y, por tanto, estaba a punto de finalizar la década de los noventa, que había sido declarada «Década del Cerebro» por el Congreso de Estados Unidos. La Década del Cerebro supuso un impulso importante a la investigación tanto básica como aplicada sobre el cerebro, no solo en Estados Unidos sino en muchos otros países, incluyendo a los de la Unión Europea, ya que significó la inclusión de la neurociencia entre las áreas de investigación cuya financiación se consideraba prioritaria. En los ocho artículos que componían aquel monográfico se hacía un repaso de los rápidos avances que se estaban produciendo en este campo. Resulta interesante releer aquellos artículos y constatar que mantienen la vigencia después de trece años. Por supuesto la investigación sobre el cerebro ha continuado avanzando, pero muchos de los temas que en aquel momento estaban germinando de forma prometedora han florecido y alcanzado su madurez en estos últimos años: las técnicas de estimulación y registro de la actividad cerebral, la neuroendocrinología, la investigación sobre neurogénesis adulta y regeneración, o la compleja interacción entre genes y ambiente durante el desarrollo del cerebro sano o enfermo.

«La investigación en neurociencia en España no solo no ha recibido un impulso, sino que con los recortes acabará sufriendo una desaceleración, cuando no un retroceso»

¿Qué ha sucedido en estos trece años? ¿Cuáles son los temas más candentes en neurociencia actualmente? ¿Cómo han mejorado las técnicas de estudio? ¿En qué han cambiado nuestras ideas sobre el cerebro? En este artículo intentaré contestar a algunas de estas cuestiones. No pretendo hacer una revisión exhaustiva del tema, que requeriría un libro entero, sino mostrar algunos de los avances recientes, con las perspectivas de futuro que se abren y las implicaciones éticas que conllevan.

Descodificando el cerebro

 Las herramientas con las que cuentan actualmente los neurocientíficos permiten plantearse retos que hace solo dos décadas eran pura ciencia ficción. Estamos cada vez más cerca de alcanzar objetivos como «leer la mente» o incluso «manipularla». Aunque todavía estamos lejos de descifrar los pensamientos o recuerdos más complejos de una persona, los avances experimentados en los últimos años son espectaculares. El creciente incremento en la sensibilidad de las técnicas de neuroimagen, combinado con el desarrollo de técnicas cada vez más sofisticadas de modelado computacional (la neurociencia computacional ha experimentando una rápida expansión), está haciendo real esa posibilidad. En los últimos cinco años se han publicado varios estudios en los que se decodifican, mediante un ordenador dotado con el software adecuado, las imágenes (tanto imágenes fijas como en movimiento) que está viendo una persona, a partir del registro de su actividad cerebral en el momento en que está observándolas. Para ello previamente se ha adiestrado al ordenador a relacionar los patrones de activación de la corteza visual de varios sujetos, obtenidos con resonancia magnética funcional (fMRI, del inglés functional Magnetic Resonance Imaging), con las distintas imágenes que los producen.   A posteriori, el ordenador es capaz de reproducir las imágenes nuevas que está viendo un sujeto <em>leyendo</em> el patrón de activación de su corteza visual mostrado por la fMRI. De momento las imágenes tienen poca definición2pero nos permiten distinguir si el sujeto está viendo a una persona hablando, un paisaje o un texto. Como dato curioso, con frecuencia aparecen textos superpuestos a las imágenes que no se encuentran en el vídeo original mostrado al sujeto. El origen de estas palabras es incierto, probablemente solo sean ruido debido a las limitaciones metodológicas, pero resulta sugerente pensar que tal vez en la corteza visual del sujeto se están representando, visualizando, las palabras que conforman sus pensamientos. Estaríamos en ese caso más cerca de, literalmente, «leer el pensamiento».

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Neil Harbisson tiene acromatopsia, un déficit visual que le hace percibir el mundo en blanco y negro. Desde los veinte años lleva un «ojo electrónico» (eyeborg) que le permite «escuchar los colores». En 2010, creó la Fundació Cyborg, una organización internacional para defender los derechos de los cíborgs./ Foto: Campus Party México

Otros estudios similares se han centrado en la audición y el lenguaje. En este caso el ordenador es capaz de decodificar las ondas cerebrales, captadas mediante electrodos, para reproducir las palabras que está escuchando una persona. Algunas investigaciones han ido más allá y han sido capaces de detectar si un recuerdo es verdadero o falso, o de saber la decisión que va a tomar una persona (si aprieta un botón situado a la derecha o a la izquierda) unos pocos segundos antes de que él o ella sea consciente de haberla tomado. Los resultados de este último experimento llevado a cabo por el grupo del doctor John Dylan Haynes sugieren que la sensación de control consciente de nuestros actos podría no ser más que una ilusión y que gran parte de las decisiones (si no todas) las toma nuestro cerebro antes de que seamos conscientes de ellas. Esto no hace más que confirmar algo que los neurocientíficos llevan defendiendo desde hace décadas: «somos nuestro cerebro». Los seres humanos tendemos a pensar sobre nuestra esencia de forma dualista: pensamos en un yo consciente que habita un cuerpo que posee un cerebro. La neurociencia está aportando datos en favor de la identidad entre el yo y el cerebro, datos que hacen tambalearse algunas ideas muy arraigadas sobre la consciencia (que podría no ser el sujeto de la acción sino un mero observador), el razonamiento, la toma de decisiones y en última instancia la moralidad y el libre albedrío.

Precisamente la investigación sobre los mecanismos neurales implicados en la toma de decisiones ha avanzado mucho en estos últimos años hasta el punto de haber emergido como una nueva disciplina dentro de las neurociencias (y de la economía): la neuroeconomía. La neuroeconomía estudia el cerebro humano mientras toma decisiones de carácter económico. Para ello, por ejemplo, los investigadores registran la actividad cerebral mediante técnicas de neuroimagen o electroencefalografía (véase el artículo de Casado y Muñoz en este número) mientras los sujetos experimentales participan en juegos en los que deben tomar decisiones que conllevan pérdidas o ganancias económicas (como por ejemplo, el juego conocido como «del ultimátum»). Los resultados de estos estudios han puesto de manifiesto la gran influencia que las emociones tienen en nuestras decisiones. Cuando entran en conflicto razón y emoción, en las personas sanas la emoción guía la decisión. El enorme interés por este tipo de investigación es fácil de entender si pensamos en las posibles aplicaciones en el ámbito de la mercadotecnia. De hecho, ha surgido una disciplina aplicada muy relacionada con la anterior: el neuromarketing, que estudia los efectos de la publicidad y otras acciones de propaganda sobre el cerebro humano con la intención de poder llegar a predecir y manipular la conducta del consumidor.

Comunicación cerebro-máquina: ¿una vía de dos direcciones?

 El interés por manipular la actividad cerebral es muy antiguo. El flujo de información en el sistema nervioso se produce por mecanismos eléctricos y químicos, y podemos manipular su actividad tanto con estimulación química como eléctrica (en realidad, electromagnética).   3 De fet, la «manipulació química cerebral» és pràcticament tan De hecho, la «manipulación química cerebral» es prácticamente tan antigua como la humanidad, ya que todas las sociedades han ingerido alguna sustancia con efectos psicoactivos, como alcohol, cafeína, nicotina, opiáceos, alucinógenos, etc. Actualmente las técnicas que nos permiten modificar la actividad cerebral son cada vez más sofisticadas. Entre las más recientes tenemos la optogenética (elegida método del año en 2010 por la revista Nature Methods), que permite la activación o inactivación de poblaciones neuronales específicas in vivo utilizando luz de distintas longitudes de onda.4 La técnica requiere sujetos experimentales modificados genéticamente en los que se introducen genes de microorganismos que codifican proteínas (opsinas) capaces de hacer que sus células respondan a la luz, por lo que de momento solo se ha utilizado con fines experimentales en animales no humanos. Una de las ventajas de este método es su especificidad, ya que solo responden las neuronas en las que se ha introducido el gen. Muchos laboratorios están aplicando la optogenética en modelos animales para aliviar los síntomas del Parkinson, la ceguera, las lesiones medulares, la depresión, la narcolepsia y la adicción, entre otros, y varias empresas tecnológicas se han interesado en la aplicación de estas terapias ópticas en humanos.

«La neurociencia está aportando datos que hacen tambalearse algunas ideas muy arraigadas sobre la consciencia, el razonamiento, la toma de decisiones y, en última instancia, el libre albedrío y la moralidad»

Una técnica invasiva que se está aplicando en humanos son los implantes cerebrales. Estos son pequeños aparatos que se colocan en el cerebro del sujeto mediante cirugía y pueden utilizarse tanto para registrar como para estimular las áreas concretas del cerebro en las que se implantan. Aunque las bases teóricas que sustentan esta técnica se remontan al siglo xix, la aplicación a los humanos ha progresado mucho gracias a los recientes avances en nanotecnología y computación, y sobre todo en la comprensión de cómo el cerebro procesa la información. En los últimos años esta técnica se ha utilizado con éxito para restaurar parcialmente la visión a personas que han quedado ciegas (a través de implantes en la retina o en la corteza visual) o para aliviar los síntomas del Parkinson (mediante estimulación de zonas profundas del cerebro). Un aspecto relacionado con los implantes que ha despertado mucho interés en los últimos años son las interfaces cerebro-ordenador (BCI, Brain Computer Interface), dispositivos que, implantados en el cerebro (o incluso sobre el cuero cabelludo), permiten la comunicación a distancia con un ordenador o con una máquina robotizada. Se han probado numerosos prototipos de interfaces que permiten que personas con discapacidad severa puedan comunicarse a través de una máquina, o que personas tetrapléjicas utilicen un ordenador, manejen un brazo robótico o maniobren una silla de ruedas, pero los objetivos de muchas de estas investigaciones son más lúdicos, van dirigidos a un público más amplio y son, por tanto, económicamente más rentables. La tecnología necesaria para fabricar estos dispositivos se ha abaratado mucho y actualmente ya están disponibles comercialmente interfaces que permiten componer música o jugar con una consola solo con la mente. En los próximos años podría haber un boom de dispositivos para uso doméstico basados en esta tecnología.

 

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Empresas como Emotiv han puesto a la venta por menos de 300 dólares interfaces cerebro-ordenador que permiten registrar señales cerebrales para interaccionar a distancia  con un ordenador dotado con el software adecuado. Estos aparatos pueden utilizarse para hacer la vida más fácil a personas discapacitadas, pero también con fines meramente lúdicos./ Foto: Emotiv

¿Qué nos hace humanos?

Algunos de los cambios conceptuales más importantes de la última década tienen que ver con la búsqueda de aquello que nos hace humanos. La comparación de la secuencia de los genomas completos de humanos (publicada en 2003), chimpancés (publicada en 2005), gorilas y bonobos (publicadas este año) pone de manifiesto el gran parecido entre nuestros genes y los de los grandes simios. Algunas de las diferencias entre el genoma humano y el de otras especies más o menos próximas involucran a unos pocos genes relacionados con el desarrollo del cerebro, pero la mayoría de nuestras proteínas son prácticamente idénticas. Esto ha llevado a los investigadores a centrar la búsqueda de lo que nos hace diferentes en las regiones no codificantes del genoma, que por cierto constituyen la mayor parte del mismo (fue una sorpresa comprobar que menos del 2% de nuestro ADN codifica proteínas). Durante algún tiempo se pensó que la mayor parte de este ADN no codificante era ADN basura, sin una función específica, pero resultados muy recientes (publicados en septiembre de este año) del proyecto ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements), que tiene por objeto identificar los elementos funcionales del genoma humano, muestran que una gran parte de ese ADN no codificante está implicado en la regulación de la expresión genética y forma parte de los «interruptores» que determinan dónde, cuándo y cuánto se expresa un gen. No resulta sorprendente que sea en esas regiones reguladoras donde se encuentran las mayores diferencias entre los humanos y los grandes simios.

Una diferencia fundamental entre los humanos y otros primates es el mayor tamaño cerebral en nuestro linaje (el cerebro de un humano moderno es tres veces mayor que el de un chimpancé). En estos años se ha avanzado en la comprensión tanto de las presiones evolutivas que pueden haber favorecido el incremento del tamaño cerebral en nuestro linaje (las hipótesis más recientes apuntan a la complejidad de los grupos sociales como la presión selectiva fundamental), como de los mecanismos implicados en el desarrollo del cerebro humano y la forma en que genes y ambiente interactúan para conformar ese órgano tan preciado. Un dato puede darnos una idea de la complejidad de este proceso: de 17.000 genes estudiados, más del 80% se expresan en el cerebro en desarrollo. Además, se ha visto que hay genes que se expresan o no dependiendo de si se heredan de la madre o del padre (son genes imprintados). En lo referente al cerebro, los genes procedentes del padre están implicados en el desarrollo del hipotálamo (encargado de regular comportamientos y procesos fisiológicos necesarios para la supervivencia, incluida la ingesta de alimento, y la reproducción), mientras que los genes procedentes de la madre participan en el desarrollo del estriado, el hipocampo y la corteza cerebral (especialmente la corteza frontal, implicada en procesos como la atención, la planificación y la toma de decisiones).

Los genes no solo intervienen en la construcción del cerebro, sino que tienen un papel fundamental en la modificación de este órgano, en la plasticidad intrínseca a los procesos de aprendizaje. Podemos afirmar que el aprendizaje es un proceso por el cual la experiencia modifica el cerebro a través de la modificación de la expresión de determinados genes. Se empiezan a conocer tanto los genes implicados en este proceso como los mecanismos moleculares que regulan su expresión, lo que abre la posibilidad de diseñar una nueva generación de psicofármacos capaces de mejorar la capacidad de aprendizaje actuando sobre las cascadas moleculares que se producen en el interior de las neuronas y que modulan la expresión de estos genes.

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El correcto desarrollo de los distintos grupos de neuronas del cerebro es resultado de la expresión específica y combinada de múltiples genes durante el desarrollo embrionario. Estas fotografías  corresponden  a cortes de cerebro de embriones de ratón, donde se pueden observar en tonos azules las áreas de expresión de dos genes diferentes (Dlx 5 arriba y Tbr1 abajo) implicados en el control del desarrollo de distintas áreas del cerebro./ Imágenes cedidas per la doctora Loreta Medina

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Todavía queda mucho camino por recorrer para alcanzar una comprensión profunda de lo que en realidad está haciendo el cerebro, de cómo sus patrones de actividad dan lugar a pensamientos, emociones y recuerdos, y de cómo fallos en su funcionamiento producen trastornos psiquiátricos, como la depresión o la esquizofrenia. El progreso de la neurociencia es imparable y sus aplicaciones futuras para curar o al menos aliviar los efectos devastadores de enfermedades neurológicas y trastornos psicológicos son más que prometedoras. Sin embargo, estos avances no están exentos de riesgos y conllevan dilemas éticos que no podemos obviar. En este contexto ha emergido con fuerza la neuroética, que plantea que debemos pasar del «qué puede o no hacerse» a «qué debe o no hacerse» con estos nuevos conocimientos sobre el cerebro. ¿Deberíamos introducir el gen de una bacteria en un enfermo de Parkinson si eso curara su enfermedad? ¿Deberíamos escanear el cerebro de un acusado para averiguar si ha cometido un asesinato? ¿Podríamos forzar a un psicópata a llevar un implante cerebral que permitiera controlar su comportamiento y evitar que hiciera daño a otras personas? Si mediante drogas, implantes o ingeniería genética pudiéramos aumentar la inteligencia y la memoria, ¿se deberían utilizar en sujetos normales para producir personas con capacidades mentales superiores? ¿Se las tomarían ustedes o se las darían a sus hijos para mejorar su rendimiento? Estas preguntas y otras muchas relacionadas con la neurociencia están esperando una respuesta por parte de la sociedad. Todos deberíamos reflexionar sobre ellas.

 

1 És el cas d’aquesta web. (Tornar al text)
2 Podeu veure les imatges resultants en aquest vídeo del grup d’investigació del doctor Gallant de la Universitat de Califòrnia a Berkeley. (Tornar al text)
3 Us recomane l’article sobre estimulació magnètica transcranial de José María Tormos i Álvaro Pascual-Leone en el número 23 de Mètode. (Tornar al text)
4 En aquesta pàgina teniu informació sobre la tècnica. (Tornar al text)

Bibliografia
Gilbert et al., 2005. «Genetic Links Between Brain Development and Brain Evolution». Nature Reviews Genetics, 6: 581-590.
Hill, R. S. i C. A. Walsh, 2005. «Molecular Insights into Human Brain Evolution».  Nature, 437: 64-67.
Nishimoto, S. et al., 2011. «Reconstructing Visual Experiences from Brain Activity Evoked by Natural Movies». Current Biology, 21: 1641-1646.
Soon, C. S. et al., 2008. «Unconscious Determinants of Free Decisions in the Human Brain». Nature Neuroscience, 11: 543-545.
The Enconde Project Consortium, 2012. «An Integrated Encyclopedia of DNA Elements in the Human Genome». Nature, 489: 57-74.

© Mètode 2012 - 75. El gen festivo - Otoño 2012
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Profesora agregada Serra Húnter del Departamento de Medicina Experimental. Facultad de Educación, Psicología y Trabajo Social. Universidad de Lleida.