Año de la Neurociencia

ESTUDIANDO EL CEREBRO NEUROCIENCIA PRESENTE Y FUTURO

Ester Desfilis

En las últimas dos décadas los progresos de la neurociencia han sido espectaculares, cada vez estamos más próximos de entender el lenguaje de nuestro cerebro. Esto es así gracias a los desarrollos técnicos y metodológicos, pero sobre todo a nuevos enfoques en los diseños experimentales. Los avances en el conocimiento sobre el funcionamiento básico del cerebro están guiando el desarrollo de herramientas terapéuticas cada vez más sofisticadas para curar o al menos aliviar los síntomas de enfermedades neurológicas y trastornos psiquiátricos. Sin embargo, estos avances no están exentos de riesgos y conllevan dilemas éticos a los que la sociedad debe dar respuesta. En octubre de 2010 el Parlamento Español, a propuesta únicamente el 35% de los proyectos solicitados en el área de la Sociedad Española de Neurociencia (SENC), dede biomedicina (una de las que más proyectos de neuroclaró el 2012 Año de la Neurociencia en España. Los ciencia incluye). Lo que supone que casi 400 proyectos promotores anunciaban esta iniciativa como «una oporde investigación biomédica han quedado sin financiación. tunidad única para dar impulso a la investigación neuroPor tanto podemos decir que la investigación en neurocientífica en las universidades y centros de investigación ciencia en nuestro país no solo no ha recibido un impulso, de nuestro país, fomentar la transsino que con estos recortes acabará ferencia de los conocimientos sobre sufriendo una desaceleración, cuanel cerebro a la sociedad e impulsar do no un retroceso. la enseñanza del funcionamiento En cambio, el objetivo de divuldel cerebro a los estudiantes de togar las neurociencias ha tenido más dos los niveles y su divulgación al éxito y a lo largo del año se han público general». puesto en marcha diferentes iniciaAño de la Neurociencia La propuesta se aprobó con el tivas para comunicar a la sociedad voto favorable de todos los diputalos avances en la investigación sodos presentes en el parlamento con bre el sistema nervioso (muchas de «LA INVESTIGACIÓN EN una sola abstención. Sin embargo, ellas promovidas por la SENC1) en NEUROCIENCIA EN ESPAÑA desde entonces no solo no ha habido las que han participado sociedades NO SOLO NO HA RECIBIDO partidas presupuestarias o convocientíficas, universidades, instituUN IMPULSO, SINO QUE catorias específicas para impulsar tos de investigación y fundaciones. la investigación en neurociencia en Los artículos de este dossier son CON LOS RECORTES nuestro país, sino que la inversión una pequeña contribución de la reACABARÁ SUFRIENDO UNA del estado en I+D+i no ha dejado de vista MÈTODE a esta labor divulgaDESACELERACIÓN, CUANDO caer peligrosamente. La política de tiva sobre la neurociencia. NO UN RETROCESO» recortes del gobierno ha afectado de En el número 23 de MÈTODE se forma importante a los presupuespublicó un monográfico sobre el tos de este año dedicados a la incerebro que tuve el placer de coorvestigación y la transferencia de conocimientos (que han dinar. Era el otoño de 1999 y, por tanto, estaba a punto disminuido en un 25,5% respecto a los ya mermados de de finalizar la década de los noventa, que había sido de2011). En la convocatoria de este año de Proyectos de In1 vestigación Fundamental no Orientada, se han concedido Es el caso de la web . A la izquierda, Curro Canavese. Serie «Cabezas». La momia eléctrica, 2003. Escultura.

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© Mike JF Robinson / Berridge Lab

clarada «Década del Cerebro» por el Congreso de Estamediante un ordenador dotado con el software adecuado, dos Unidos. La Década del Cerebro supuso un impulso las imágenes (tanto imágenes fijas como en movimiento) importante a la investigación tanto básica como aplicada que está viendo una persona, a partir del registro de su acsobre el cerebro, no solo en Estados Unidos sino en mutividad cerebral en el momento en que está observándolas. chos otros países, incluyendo a los de la Unión Europea, Para ello previamente se ha adiestrado al ordenador a reya que significó la inclusión de la neurociencia entre las lacionar los patrones de activación de la corteza visual de áreas de investigación cuya financiación se consideraba varios sujetos, obtenidos con resonancia magnética funprioritaria. En los ocho artículos que componían aquel cional (fMRI, del inglés functional Magnetic Resonance monográfico se hacía un repaso de los rápidos avances Imaging), con las distintas imágenes que los producen. que se estaban produciendo en este campo. Resulta inA posteriori, el ordenador es capaz de reproducir las teresante releer aquellos artículos y constatar que manimágenes nuevas que está viendo un sujeto leyendo el tienen la vigencia después de trece años. Por supuesto la patrón de activación de su corteza visual mostrado por la investigación sobre el cerebro ha continuado avanzando, fMRI. De momento las imágenes tienen poca definición2 pero muchos de los temas que en aquel momento estapero nos permiten distinguir si el sujeto está viendo a ban germinando de forma prometedora han florecido y una persona hablando, un paisaje o un texto. Como dato alcanzado su madurez en estos últimos años: las técnicas curioso, con frecuencia aparecen textos superpuestos a de estimulación y registro de la aclas imágenes que no se encuentran tividad cerebral, la neuroendocrien el vídeo original mostrado al sunología, la investigación sobre neujeto. El origen de estas palabras es «LA NEUROCIENCIA ESTÁ rogénesis adulta y regeneración, o incierto, probablemente solo sean APORTANDO DATOS QUE la compleja interacción entre genes ruido debido a las limitaciones meHACEN TAMBALEARSE y ambiente durante el desarrollo todológicas, pero resulta sugerente ALGUNAS IDEAS MUY del cerebro sano o enfermo. pensar que tal vez en la corteza viARRAIGADAS SOBRE ¿Qué ha sucedido en estos trece sual del sujeto se están representanaños? ¿Cuáles son los temas más do, visualizando, las palabras que LA CONSCIENCIA, EL candentes en neurociencia actualconforman sus pensamientos. EsRAZONAMIENTO, LA TOMA mente? ¿Cómo han mejorado las taríamos en ese caso más cerca de, DE DECISIONES Y, EN técnicas de estudio? ¿En qué han literalmente, «leer el pensamiento». ÚLTIMA INSTANCIA, EL LIBRE cambiado nuestras ideas sobre el Otros estudios similares se han ALBEDRÍO Y LA MORALIDAD» centrado en la audición y el lencerebro? En este artículo intentaré guaje. En este caso el ordenador es contestar a algunas de estas cuescapaz de decodificar las ondas cetiones. No pretendo hacer una revirebrales, captadas mediante electrodos, para reproducir sión exhaustiva del tema, que requeriría un libro entero, las palabras que está escuchando una persona. Algunas sino mostrar algunos de los avances recientes, con las investigaciones han ido más allá y han sido capaces de perspectivas de futuro que se abren y las implicaciones detectar si un recuerdo es verdadero o falso, o de saber éticas que conllevan. la decisión que va a tomar una persona (si aprieta un botón situado a la derecha o a la izquierda) unos pocos ■ DECODIFICANDO EL CEREBRO segundos antes de que él o ella sea consciente de haberla Las herramientas con las que cuentan actualmente los tomado. Los resultados de este último experimento lleneurocientíficos permiten plantearse retos que hace solo vado a cabo por el grupo del doctor John Dylan Haynes dos décadas eran pura ciencia ficción. Estamos cada vez sugieren que la sensación de control consciente de nuesmás cerca de alcanzar objetivos como «leer la mente» o tros actos podría no ser más que una ilusión y que gran incluso «manipularla». Aunque todavía estamos lejos de parte de las decisiones (si no todas) las toma nuestro cedescifrar los pensamientos o recuerdos más complejos de rebro antes de que seamos conscientes de ellas. Esto no una persona, los avances experimentados en los últimos hace más que confirmar algo que los neurocientíficos años son espectaculares. El creciente incremento en la llevan defendiendo desde hace décadas: «somos nuestro sensibilidad de las técnicas de neuroimagen, combinado cerebro». Los seres humanos tendemos a pensar sobre con el desarrollo de técnicas cada vez más sofisticadas nuestra esencia de forma dualista: pensamos en un yo de modelado computacional (la neurociencia computacional ha experimentando una rápida expansión), está ha2 Pueden ver las imágenes resultantes en este vídeo del grupo de investigación ciendo real esa posibilidad. En los últimos cinco años se del doctor Gallant de la Universidad de California en Berkeley: han publicado varios estudios en los que se decodifican, .

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?

La optogenética permite modificar el comportamiento de los animales activando o inactivando poblaciones neuronales específicas in vivo mediante el uso de luz de diferentes longitudes de onda. En la imagen, implante de fibra óptica en el cerebro de una rata para estimularlo mediante luz, dentro de las investigaciones en este campo realizadas por el equipo de Kent Berridge, de la Universidad de Michigan.

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

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 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. 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

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Les recomiendo el artículo sobre estimulación magnética transcraneal de José María Tormos y Álvaro Pascual-Leone en el número 23 de MÈTODE. 4 En la web de Nature tienen información sobre la técnica: .

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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.

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.

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■ ¿QUÉ NOS HACE HUMANOS?

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.

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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

Imágenes cedidas por la doctora Loreta Medina

reguladoras donde se encuentran Todavía queda mucho camino las mayores diferencias entre los por recorrer para alcanzar una comhumanos y los grandes simios. prensión profunda de lo que en reaUna diferencia fundamental enlidad está haciendo el cerebro, de tre los humanos y otros primates es cómo sus patrones de actividad dan el mayor tamaño cerebral en nueslugar a pensamientos, emociones y tro linaje (el cerebro de un humano recuerdos, y de cómo fallos en su moderno es tres veces mayor que funcionamiento producen trastorel de un chimpancé). En estos años nos psiquiátricos, como la deprese ha avanzado en la comprensión sión o la esquizofrenia. El progreso tanto de las presiones evolutivas de la neurociencia es imparable y El correcto desarrollo de los distintos grupos que pueden haber favorecido el insus aplicaciones futuras para curar de neuronas del cerebro es resultado de la excremento del tamaño cerebral en o al menos aliviar los efectos depresión específica y combinada de múltiples nuestro linaje (las hipótesis más vastadores de enfermedades neugenes durante el desarrollo embrionario. Estas fotografías corresponden a cortes de cerebro recientes apuntan a la complejidad rológicas y trastornos psicológicos de embriones de ratón, donde se pueden obde los grupos sociales como la preson más que prometedoras. Sin emservar en tonos azules las áreas de expresión sión selectiva fundamental), como bargo, estos avances no están exende dos genes diferentes (Dlx 5 arriba y Tbr1 de los mecanismos implicados en tos de riesgos y conllevan dilemas abajo) implicados en el control del desarrollo el desarrollo del cerebro humano y éticos que no podemos obviar. En de distintas áreas del cerebro. la forma en que genes y ambiente este contexto ha emergido con fuerinteractúan para conformar ese órza la neuroética, que plantea que gano tan preciado. Un dato puede debemos pasar del «qué puede o no darnos una idea de la complejidad hacerse» a «qué debe o no hacerde este proceso: de 17.000 genes se» con estos nuevos conocimienestudiados, más del 80% se extos sobre el cerebro. ¿Deberíamos presan en el cerebro en desarrollo. introducir el gen de una bacteria en Además, se ha visto que hay genes un enfermo de Parkinson si eso cuque se expresan o no dependiendo rara su enfermedad? ¿Deberíamos de si se heredan de la madre o del escanear el cerebro de un acusado padre (son genes imprintados). En para averiguar si ha cometido un lo referente al cerebro, los genes asesinato? ¿Podríamos forzar a un procedentes del padre están implicados en el desarrollo psicópata a llevar un implante cerebral que permitiera del hipotálamo (encargado de regular comportamientos controlar su comportamiento y evitar que hiciera daño y procesos fisiológicos necesarios para la supervivencia, a otras personas? Si mediante drogas, implantes o ingeincluida la ingesta de alimento, y la reproducción), mienniería genética pudiéramos aumentar la inteligencia y la tras que los genes procedentes de la madre participan memoria, ¿se deberían utilizar en sujetos normales para en el desarrollo del estriado, el hipocampo y la corteza producir personas con capacidades mentales superiores? cerebral (especialmente la corteza frontal, implicada en ¿Se las tomarían ustedes o se las darían a sus hijos para procesos como la atención, la planificación y la toma de mejorar su rendimiento? Estas preguntas y otras muchas decisiones). relacionadas con la neurociencia están esperando una Los genes no solo intervienen en la construcción del respuesta por parte de la sociedad. Todos deberíamos cerebro, sino que tienen un papel fundamental en la moreflexionar sobre ellas. dificación de este órgano, en la plasticidad intrínseca a los BIBLIOGRAFÍA procesos de aprendizaje. Podemos afirmar que el aprendiGILBERT et al., 2005. «Genetic Links Between Brain Development and Brain Evolution». Nature Reviews Genetics, 6: 581-590. zaje es un proceso por el cual la experiencia modifica el HILL, R. S. y C. A. WALSH, 2005. «Molecular Insights into Human Brain Evocerebro a través de la modificación de la expresión de delution». Nature, 437: 64-67. terminados genes. Se empiezan a conocer tanto los genes NISHIMOTO, S. et al., 2011. «Reconstructing Visual Experiences from Brain Activity Evoked by Natural Movies». Current Biology, 21: 1641-1646. implicados en este proceso como los mecanismos molecuSOON, C. S. et al., 2008. «Unconscious Determinants of Free Decisions in the lares que regulan su expresión, lo que abre la posibilidad Human Brain». Nature Neuroscience, 11: 543-545. de diseñar una nueva generación de psicofármacos capaTHE ENCODE P ROJECT CONSORTIUM, 2012. «An Integrated Encyclopedia of DNA Elements in the Human Genome». Nature, 489: 57-74. ces de mejorar la capacidad de aprendizaje actuando sobre las cascadas moleculares que se producen en el interior de Ester Desfilis. Profesora Agregada Interina. Área de Psicobiología, Departalas neuronas y que modulan la expresión de estos genes. mento de Medicina Experimental. Universidad de Lleida (UdL).

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