Los niños que no sienten dolor

El dolor es muy desagradable. En los casos de dolor crónico se hace insoportable. Pero en las personas normales es imprescindible para preservar la vida. El estudio de una niña que no siente el dolor está ayudando a comprender su mecanismo y en el futuro aliviar la vida de muchas personas.

Un estudio realizado en la el hospital de la universidad Jena de Alemania con una niña que no siente dolor está resultando de gran ayuda para los casos en los que el dolor está ausente, pero también en los que está demasiado presente. Comparando el genoma de la niña con el de sus padres, el equipo del doctor Ingo Kurth ha encontrado mutaciones en un gen que puede ser una de las claves del dolor.

El dolor es una experiencia universal. Lo sienten los animales y las personas. Es muy útil, más aún, es imprescindible para sobrevivir. El dolor nos dice de qué debemos alejarnos, qué debemos evitar. Retirar la mano de una superficie caliente es adaptativo. No caminar con una pierna rota ayuda a sobrevivir.

La respuesta del sistema nervioso es adaptativa. Se trata de modular un conjunto de sensaciones de modo homeostático, como si se tratara de una gran orquesta. A veces inhibimos las sensaciones y a veces las potenciamos. Por ejemplo, el estrés es analgésico. Estás jugando al fútbol y te caes. No sientes dolor y sigues jugando. Cuando llegas a casa notas un gran golpe. Durante los próximos días el dolor te impide moverte. El símil es la caza o la lucha por la vida. Aunque hayas recibido una herida enorme, no puedes abandonar la lucha ya que morirías; en ese momento hay una anestesia y no sientes dolor. Pero cuando te retiras, necesitas curarte y el dolor se potencia; hay una sensibilización.

Hay dos extremos en la falta de adaptación al dolor: el dolor crónico y la anestesia congénita. El dolor crónico es muy frecuente y llega a ser insoportable. Millones de personas en el mundo padecen algún tipo de dolor no adaptativo. Dolores de espada, artritis o neuralgias afectan a muchas personas. Las migrañas pueden ser enloquecedoras. La investigación en fármacos es constante y muchos son eficaces, pero no tanto como quisiéramos y a veces con importantes efectos secundarios. Hace ya mucho tiempo, en 1878 Harmon Northrop Morse sintetizó el acetomifeno (paracetamol). Aunque parece claro que la frase no tengo tiempo para ponerme enfermo tiene algo de cierto.

De la niña no sabemos gran cosa; solo que es alemana y que aún no tiene cura. Pero el nuevo estudio recuerda a otro caso que saltó a los medios hace algunos años y que dio pie a un gran documental llamado A Life Without Pain. En él se narra la vida de 3 niñas que no sienten dolor: Gabby, Miriam y Jamilah. La anestesia congénita es el extremo contrario del dolor crónico. Muy pocas personas en el mundo nacen con este gravísimo problema. Y la mayoría no sobrevive. La desesperación de sus padres es total. La descripción de los casos es estremecedora. Cuando a una niña le empezaron a salir los dientes, comenzó a morderse la mano compulsivamente provocando una enorme herida hasta el punto de que tuvieron que arrancarle los dientes para que pudiera vivir. Otros se sacan un ojo, se queman al tocar objetos incandescentes, se rompen los huesos y siguen en pie o tienen enfermedades de las que no se dan cuenta. La lista es horrible y el pronóstico fatal.

El dolor se transmite por un sistema de nervios llamado sistema nocioceptivo. En el presente caso, el genoma de una niña con anestesia congénita se comparó con el de sus padres. Encontraron una mutación en el gen SCN11A. Insertaron una versión mutada de este gen y observaron que los ratones mutantes tenían comportamientos similares a los humanos con anestesia congénita: más fracturas, más heridas y el doble de tiempo de respuesta en un test que consiste en retirar la cola cuando reciben calor.

La señal nerviosa se trasmite porque hay unas pequeñas aberturas en la membrana de las neuronas llamadas canales iónicos que se abren y se cierran dejando pasar iones y generando electricidad. Hay muchos tipos de canales iónicos y en el caso del dolor se han identificado tres: SCN9A, 10A y 11A. Cuando los dos primeros no funcionan, hay insensibilidad al dolor y cuando funcionan en exceso, hay dolor insoportable. En cambio, con el objeto del experimento, el SCN11A ocurre lo contrario: cuando esta hiperactivo disminuye el dolor. Un nuevo ejemplo de homeostasis en el que el equilibrio entre excitación e inhibición es la clave.

Concepción Arenal dijo:

El dolor, cuando no se convierte en verdugo, es un gran maestro

El estudio de los niños que no tienen dolor es muy importante para todos los que sufren dolor extremo. Lo cierto es que el dolor es necesario, adaptativo, y siempre presente. En general hay un exceso de dolor. Como ocurre con frecuencia, la clave está en encontrar el equilibrio.

Astrocitos humanos hacen que los ratones sean más listos

Un estudio publicado en la revista Cem Stem Cell muestra el trasplante de células progenitoras de soporte humanas (astrocitos) en ratones. Los astrocitos se desarrollaron en la forma humana dentro del cerebro de los ratones. Como resultado de tener estas células humanas en sus cerebros, los ratones se mostraron mucho más rápidos en el aprendizaje de numerosas tareas.

Según la mitología griega, la quimera (animal fabuloso) es un monstruoso animal compuesto de partes de otros animales. En algunas versiones tenía cuerpo de cabra, patas de dragón y cabeza de león. Con la aparición de la ingeniería genética, las quimeras se han convertido en realidades. Todas las células de un organismo (menos las reproductoras) tienen la misma información genética. Una quimera es un animal con células que contienen distinto ADN. Se consigue insertando unas células de un animal en otro.

Esto es lo que han hecho en el presente estudio. Insertaron células humanas en ratones creando una quimera y observando su comportamiento.

El sistema nervioso está formado por neuronas. La señal eléctrica está generada y transmitida por las neuronas. Además de estas, hay un conjunto de células llamadas de glía que se supone que son el soporte de las neuronas. De entre las células de glía, las más notables son los llamados astrocitos. Ya Santiago Ramón y Cajal habló de ellos en 1913: "la corteza cerebral humana discrepa de la de los animales no sólo por la cantidad enorme de células de tipo glandular que contiene, sino por la pequeñez de éstas (en animales) y la riqueza del plexo gliomatoso intersticial".

Es decir, que los astrocitos en los humanos son muy diferentes a los de las otras especies. Las neuronas por el contrario son muy semejantes en humanos y ratones. Los astrocitos humanos son hasta 20 veces más grandes que los de los ratones. Son más abundantes y diversos y como decía Cajal, sus ramificaciones son muy grandes y complicadas. Los astrocitos ayudan a que la unión de las neuronas, las sinapsis, funcionen. Los astrocitos humanos se conectan con cientos de miles de neuronas a las que ayudan a transmitir la señal nerviosa.

¿Qué pasa si trasplantamos astrocitos humanos a los ratones? Es lo que ha hecho el equipo de investigación. Implantaron células madre progenitoras de los astrocitos humanos en ratones recién nacidos. Estos astrocitos estaban además marcados con una proteína fluorescente de modo que se podían distinguir con claridad en el cerebro del ratón. Según el ratón iba creciendo, los astrocitos humanos se iban desarrollando hasta adquirir la forma que tienen en el cerebro humano. Eso significa que eran más grandes que los originales de los ratones y tenían muchas más ramificaciones.

Con frecuencia se olvida que el objeto principal de la neurociencia es la conducta. ¿Qué efecto tiene en la conducta una droga, una lesión o un tratamiento? Y en este estudio concreto ¿qué efecto tiene el trasplante de los astrocitos humanos en la conducta del ratón?

La conclusión es que el efecto es muy notable. Se potenció una forma de aprendizaje bioquímico llamado potenciación a largo plazo LTP. Esto se tradujo en una gran mejora en tareas de aprendizaje a las que fueron sometidos como la navegación en laberintos, la memoria de localización de objetos o el condicionamiento al miedo. Los ratones quiméricos aprendieron mucho más rápido que los normales.

Las enseñanzas y aplicaciones son múltiples. De un lado sabemos que podemos crear ratones con varias líneas celulares. Además sabemos que los astrocitos trasplantados se comportan como si estuvieran en un cerebro humano aunque estén en un ratón. Reconocemos también la importancia de estás células antes consideradas secundarias. Podemos crear ratones con astrocitos de personas con enfermedades mentales como la esquizofrenia y ver si son ellos los responsables de la enfermedad.

Todo ello tras perseguir una quimera.

Neuronas gigantescas

¿Cuáles son las células más extrañas del organismo? Las neuronas. ¿Cuáles son las más largas? Las neuronas. ¿Cuál es el tamaño máximo de una neurona? Más de 40 metros En un fascinante artículo, Mathew J. Wedel revisa los datos existentes para llegar a tan asombrosa respuesta.

Las extrañas neuronas

Tenemos la idea de la célula como algo redondo y pequeño. La mayoría de ellas son en efecto así. Pero la neurona es muy distinta. Tanto que durante mucho tiempo confundió a los biólogos. Fue el genio de Santiago Ramón y Cajal el que descubrió sus características, entre ellas su extraña forma.

Tiene un cuerpo celular o soma, como el resto de las células, en el que está el núcleo con el ADN y donde se fabrican la mayoría de las sustancias necesarias para su funcionamiento. Del cuerpo salen dos ramificaciones, las dendritas (por donde recibe el impulso nervioso) y el axón (por donde sale el impulso). El axón es delgado y extremadamente largo. Si el soma de una neurona fuera un balón de fútbol, el diámetro del axón mediría 10cm y su longitud podría alcanzar los 50km. . Dado que el centro metabólico es el soma, hay sustancias que tienen que realizar un largo viaje desde el soma hasta el final del axón y viceversa.

Los científicos anteriores a Cajal no podían ver el axón entero en el microscopio y por ello pensaron que no eran células separadas sino que estaban todas unidas en una retícula. Pero Cajal trabajó duramente con embriones y pudo descifrar el enigma dando paso a ladoctrina de la neurona y revolucionando la neurociencia.

Nervio laríngeo recurrente

La evolución no sigue un diseño inteligente como sostienen los creacionistas. Vista en perspectiva tiene saltos brillantes y auténticas chapuzas que funcionarían mejor si hubieran sido rediseñadas desde la base. Pero esto no ocurre así. Un caso muy notable es el de un nervio llamado nervio laríngeo recurrente.

Llamamos tetrápodos a los descendientes de los peces que incluyen anfibios, reptiles, aves y mamíferos. Entre otras características tenemos cuatro extremidades.

De los peces heredamos el nervio llamado nervio laríngeo recurrente. Este nervio une la base del cerebro con la laringe, que sirve para emitir sonidos (hablar en los humanos) y tragar. En los peces este nervio pasa por debajo de uns vasos sanguíneos próximos al corazón. Esto no es un problema si eres un pez, pero se convierte en un inconveniente, un mal diseño, si eres un tetrápodo.

Los peces no tienen cuello, pero sí el resto de los tetrápodos. El caso es que a medida que evolucionamos, el cerebro se fue separando del corazón debido al cuello. El nervio en cuestión baja del cerebro, pasa por debajo de los vasos sanguíneos cerca del corazón y vuelve a subir por el cuello hasta la laringe. Un diseño inteligente hubiera hecho un cortocircuito para evitar tan largo como inútil recorrido.

¿Y si tenemos un cuello muy largo? Es el caso de la jirafa. Este animal tiene un cuello de 2,5 metros y la longitud del nervio, que debe de bajar desde el cerebro al corazón y luego subir a la laringe, es de 5 metros. Sumamente ineficiente.

Pero existieron animales con cuellos más largos como algunos dinosaurios. Desde luego no conservamos nervios de ellos, pero dado que todos los tetrápodos existentes tienen dicho nervio, se puede suponer que también ellos lo tenían. El dinosaurio saurópodo más grande tenía un cuello de 14 metros, por lo que su nervio era de 28 metros

La punta del pie

El nervio laríngeo recurrente es un ejemplo de mal diseño y un nervio muy largo. Pero ¿es el más largo del cuerpo? No, el más largo es el nervio sensitivo que une la punta de los dedos del pie con el cerebro. Muchos nervios hacen escala (sinapsis) en la médula espinal como los motores y algunos sensitivos. Pero los responsables del tacto fino y la vibración van directamente hasta el cerebro y tienen su cuerpo celular o soma en alguna parte de la columna.

En un humano alto este nervio puede llegar a tener dos metros. En la ballena azul llega a los 30 metros. Y en los dinosaurios más grandes es de suponer que pudo sobrepasar los 40 metros.

Solemos experimentar con ratones. Hacerlo con animales grandes no es práctico ni ético ni barato. No solo no disponemos de los nervios de los dinosaurios sino que tampoco hay disecciones de jirafas o ballenas, pero las suposiciones parecen más que razonables.

Tiempo

Aparte de la distancia, ¿tiene esto alguna otra implicación? Sí, los tiempos.

El axón del nervio sensitivo de la aleta en la ballena debe de crecer muy rápido para acomodarse al crecimiento del animal. Su tasa es de 3 cm/día. Esto es una tasa de crecimiento semejante al de las células cancerosas.

Más importante aún es la velocidad de conducción de la señal nerviosa. En los animales invertebrados, se aumenta la velocidad aumentando el diámetro del axón. Es muy famoso el axón gigante del calamar que se ve a simple vista y permitió descubrir los mecanismos de transmisión de la señal eléctrica (potencial de acción).

En los vertebrados, los axones están cubiertos por unas vainas de mielina, algo semejante al plástico que recubre los cables de cobre. Esto permite reducir el gasto energético y aumentar la velocidad de transmisión.

La velocidad de transmisión es muy variable, entre 0,5 y 100 m/s. Eso supone que en el caso de una ballena puede variar entre un tercio de segundo y 6 segundos. Aunque se trate de la primera cifra, más probable, es un tiempo significativo. Y en relación a los dinosaurios, los tiempos serían aún mayores. Sin embargo, eso es en relación al nervio de sensibilidad fina. El nervio que transporta la presión hace sinapsis en la médula y forma un reflejo de modo que en animal reaccionaría en menos de un segundo (aún un tiempo muy dilatado).

Un último tiempo interesante es el del transporte de sustancias por el axón. Como hemos visto, las proteínas se forman en el cuerpo celular y se transportan por todas partes incluidos los axones. La velocidad de transmisión de proteínas es muy lenta y varía entre 200–400 mm/dia y 0,1–1,0 mm/dia. Suponiendo una media de 1 mm/dia, la mayoría de las sustancias no llegarían a tiempo al extremo del axón en el caso de una ballena o dinosaurio ya que tardarían décadas y el animal habría muerto. Más aún, la velocidad de crecimiento del axón sería mayor que la del transporte de las sustancias que lo alimentan, lo que es imposible.

Desde luego todo es una especulación aunque bien fundada. El animal preferido para la investigación es el ratón, mucho más pequeño que el hombre y diminuto en relación a una ballena. De los dinosaurios solo quedan huesos. En todo caso, las gigantescas neuronas de estos enromes animales plantean retos muy interesantes.

Manipulando las neuronas de gusanos con la luz

Una nueva investigación ha sido capaz de modificar genéticamente neuronas del gusano Caenorhabditis elegans para que respondan a pulsos de luz. De esta manera, con simples destellos, mueven al animal a su antojo. El aparataje necesario para conseguirlo es sumamente complejo.

Caenorhabditis elegans (C. elegans) es un viejo conocido. Sabemos su conectoma completo: sus 302 neuronas y sus casi 7.000 sinapsis. Sabemos su genoma. Es uno de los animales favoritos de investigación en muchas áreas de la biología y la neurociencia.

El equipo liderado por Sharad Ramanathan ha publicado un artículo en Nature en el que describe cómo son capaces de manipular las neuronas del gusano. En realidad es una extensión de un trabajo que llevan tiempo realizando. En el pasado eran capaces de hacerle poner huevos o que avance o se detenga. Ahora pueden dirigir su movimiento hacia una comida inexistente.

El experimento está basado en la optogenética. Esta fabulosa técnica consiste en manipular genéticamente algunas neuronas. Por un lado se inserta un gen que hace que la neurona se haga fluorescente cuando se excita. También se puede introducir un gen distinto que hace que la neurona se excite cuando recibe un pulso de luz. Dado que el gusano es transparente, todo ello resulta posible.

Uno de los aspectos más fascinantes del experimento es que el gusano se mueve en libertad mientras está siendo manipulado. Y solo se excita la neurona que deseamos.

Si podemos comprender un sistema nervioso relativamente sencillo hasta el punto de controlarlo completamente, significa que tenemos posibilidad de llegar a entender sistemas más complejos

Los resultados nos dan un buen marco para comprender los circuitos neuronales, cómo manipularlos y qué patrones de actividad reproducir en ellos

Hasta el momento, para comprender la función de una neurona o un grupo de ellas, había que extirparla o estudiar un mutante que careciera de ellas y ver lo que el animal dejaba de hacer.

La pregunta que queríamos responder era: en lugar de romper el sistema para entenderlo, podemos hackear las neuronas clave que son suficientes para controlar el comportamiento y usarlas para obligar al animal a hacer lo que nosotros queremos?

El sistema para lograrlo es muy complejo. El animal se mueve libremente, es muy pequeño y varias neuronas se empaquetan muy juntas en la cabeza. De modo que hay que obtener un vídeo en movimiento , procesar las imágenes, identificar la neurona, seguir al animal, posicionar el láser y disparar a una neurona en concreto. Todo ello en 20 milisegundos.

El resultado fue que bastaba con manipular un par de interneuronas para guiar el comportamiento del animal.

La optogenética es una deslumbrante técnica que apenas acaba de comenzar a mostrar los resultados de los que será capaz.

Neuronas cultivadas en laboratorio también duermen

El sueño es desconcertante. Pasamos un tercio de nuestra vida durmiendo, 24 años, una buena parte soñando y apenas sabemos nada sobre dormir y soñar. Algunas cosas están claras, como que si no dormimos morimos o si no soñamos también. Otras parecen indicar que sirve para reordenar nuestra mente. Ahora un nuevo estudio revela que neuronas cultivadas en un recipiente de laboratorio acaban sincronizándose en una actividad muy semejante al sueño.

Todos los animales duermen. Una explicación clara es que están despiertos solo cuando interesa. Estar en vela el resto del tiempo provoca un gasto energético y una exposición a peligros que en nada beneficia a la vida. Como ejemplo, algunos murciélagos duermen 20 horas al día y solo están despiertos en las horas en las que pueden atrapar mosquitos. Muchos animales hibernan. Incluso las plantas tienen largos periodos de inactividad cuando el clima no es propicio.

Descansar tiene también una función reparadora obvia. Se reponen muchos de los elementos gastados o deteriorados durante la actividad diaria. Nuestra experiencia es evidente en esto, nos acostamos cansados y despertamos descansados.

Lo que está menos clara es la función de soñar. Las aves y mamíferos tenemos fases desueño REM, en los que soñamos. Lo sabemos porque las ondas del electroencefalograma EEG son reconocibles y porque los ojos se mueven rápidamente (Rapid Eye Movement). Los ciclos de sueño REM en humanos son bien conocidos. Unos cinco periodos en la noche, cortos al principio de la misma y largos e intensos poco antes de despertar. Aunque la actividad neuronal en el sueño REM es similar a los momentos de vigilia diurna, existe una atonía muscular. Es como si fuera necesario un mecanismo de protección adicional para que los músculos no obedezcan a los mandatos del sueño.

Los delfines sueñan con medio cerebro. A pesar de ello pueden sortear obstáculos y moverse libremente. Esto parece indicar que necesitan soñar como el resto de mamíferos pero no pueden desconectar por completo del medio ambiente.

El contenido de los sueños ha sido objeto de especulación desde las épocas más remotas. Ni los antiguos oráculos ni las floridas explicaciones de Freud han ayudado a interpretarlos. En un reciente experimento se ha observado que las ratas sueñan, como nosotros, con los acontecimientos del día. En el hipocampo existen las llamadas células de lugar que nos permiten posicionarnos en el entorno físico. La evidencia del estudio es que las ratas recorren mentalmente durante el sueño el laberinto en el que han estado durante el día. Y cuando oyen, mientras sueñan, un sonido asociado con “la comida está a la derecha”, las células de la derecha del hipocampo se activan. Esto sugiere además que podemosmanipular los sueños. También sabemos que podemos aprender mientras dormimos.

Con bastante probabilidad soñamos para reordenar los contenidos mentales. La analogía con los ordenadores es tentadora. Un gran centro de proceso de datos (por ejemplo un banco) procesa transacciones durante el día atendiendo a los clientes. Pero durante la noche se ejecutan procesos por lotes, batch, que reordenan todos los datos y hacen copias de seguridad. Es como si se realizara una defragmentación del disco duro en un ordenador doméstico. Una parte esencial del sueño parece ser comprimir la información, extraer lo relevante, consolidarlo en la memoria a largo plazo y olvidar el resto.

Desconocemos cómo lo hacen exactamente, pero lo cierto es que las neuronas sesincronizan, se disparan a la vez. Esto lo hacen mostrando unas ondas características que se pueden medir en el EEG y se llaman alfa, beta, gamma… Creemos que la conciencia es en parte el resultado de sincronizar áreas remotas del cerebro: al pensar en una manzana se disparan a la vez las áreas responsables de su olor, de su forma, de su nombre, de nuestras experiencias con manzanas…

El nuevo experimento es fascinante. Las ondas cerebrales del sueño son reconocibles: sueño REM y sueño de ondas lentas. Al cultivar neuronas en un laboratorio resulta que tienden a sincronizar espontáneamente su actividad. En un ritmo muy lento, mucho más lento que el sueño, pero con un patrón parecido. Cuando se sumistra un cóctel de neurotransmisores a las neuronas cultivadas, estas se activan como si despertaran. Un tiempo después, recuperan su ritmo lento y vuelven a dormirse.

Las neuronas no necesitan estar dentro de un cerebro para dormir, lo llevan muy dentro de sí.

Nota: Es fastidioso que sueño sea en español una palabra polisémica con dos significados tan próximos, el acto de dormir y el acto de soñar. Espero no haberte confundido.

Las personas sordas procesan el tacto y la visión de forma diferente

El cerebro es plástico. Según crecemos, las distintas áreas se ocupan de distintas funciones en un fenómeno fascinante. Cuando alguien tiene una dificultad congénita, como los sordos o los ciegos de nacimiento, su cerebro se cablea de forma diferente al resto. Un estudio acaba de revelar que las personas sordas usan parte de su corteza auditiva para procesar el sentido del tacto.

Cuando crecemos, las neuronas envían sus axones para encontrar sus dianas en otras neuronas con las que conectar. Las células ganglionares de la retina proyectan sus axones para hacer conexión en el tálamo en un larguísimo y preciso viaje. Las neuronas visuales del tálamo hacen lo propio hacia la corteza cerebral visual. Es un crecimiento increíblemente exacto y masivo. Millones de neuronas lo hacen. Este crecimiento está basado en los genes. Pero también en la experiencia. Más de la mitad de las neuronas que se forman durante el embarazo mueren. Si una neurona no encuentra donde conectar o si el hueco está ocupado o si no encuentra respuesta en la neurona diana o si la respuesta es débil, la neurona se suicida en una muerte celular programada que se llama apoptosis.

Mediante el influjo del ambiente seleccionamos, en una especie de proceso darwinista, las neuronas y las sinapsis fuertes y efectivas. ¿Qué ocurre cuando al nacer carecemos de un sentido como la vista o el oído? Lo que ocurre es que las conexiones no se forman y el cerebro se cablea de forma diferente al resto. Si alguien nace sordo, su corteza auditiva no recibirá señales provenientes del oído y las sinapsis no se formarán. Esto ocurre durante las llamadas ventanas de maduración, entre el nacimiento y los 10 años dependiendo del sentido. Así, un niño nacido sordo que no tenga estimulación suplementaria, no formará correctamente su sentido del oído y aunque después se le implante prótesis auditivas nunca oirá bien. Lo mismo se aplica a un niño nacido ciego. De ahí la importancia de la estimulación precoz. Por el contrario, alguien que ha perdido la vista o la audición de adulto tendrá correctamente formado su corteza cerebral y se beneficiará de las prótesis. Ocurre también que en el proceso de crecimiento de los axones hacia sus dianas, algunos invaden otras áreas. Así, axones del nervio auditivo conectan con la córtex visual y sensorial y lo mismo ocurre al revés. En un niño normal, estos axones degeneran y en algún caso extraño producen los fenómenos llamados sinestesia, personas que oyen colores o ven sonidos.

En el caso de que exista una deficiencia, como la sordera, los axones que habían llegado del nervio visual no encuentran la competencia normal del nervio auditivo y sus conexiones se hacen fuertes. Es decir, la corteza cerebral auditiva comienza a ocuparse de los fenómenos visuales.

Un caso conocido es el del movimiento. Personas ciegas de nacimiento fueron estudiadas a través de resonancia magnética fMRI. Al escuchar pasos aproximándose, el área visual dedicada al movimiento se activaba. Es decir, el área visual se había recableado para procesar sonidos.

En un nuevo estudio, personas sordas de nacimiento fueron estudiadas también con fMRI. Al ser estimuladas táctilmente, su corteza auditiva se activaba.

"Diseñamos este estudio porque pensamos que el tacto y la visión podrían tener fuertes relaciones en la corteza auditiva de las personas sordas. Ha resultado en nuestro experimento que el córtex auditorio primario en personas sordas profundas se dedica al tacto incluso más que a la visión".

El cerebro es un órgano de una plasticidad fascinante que es capaz de dedicar áreas no usadas por la falta de un sentido a procesar la información de otros sentidos. Sin embargo, eso ocurre en los primeros años de edad. En las personas adultas ese recableado masivo deja de producirse.

Artículo publicado originalmente en ALT1040

¿Experiencias cercanas a la muerte en ratas?

Un estudio ha investigado el comportamiento cerebral en ratas después de la muerte clínica. Ha encontrado signos de actividad durante 30 segundos. ¿Tiene esto que ver con las experiencias cercanas a la muerte que narran muchas víctimas de ataques cardíacos?

El estudio ha suscitado polémica porque las experiencias cercanas de la muerte ECM siempre van acompañadas de un gran escepticismo científico. En este caso, el estudio realizado con ratas es un estudio científicamente controlado del que se pueden sacar algunas conclusiones.

Un mamífero se considera clínicamente muerto cuando su corazón ha dejado de latir y no fluye sangre por sus venas. En 2007, científicos de la Universidad de Michigan estaban investigando la actividad cerebral en ratas que habían sufrido un ataque cardíaco. Tres de ellas murieron durante la noche y los científicos descubrieron con sorpresa que su actividad cerebral se había incrementado después de la muerte. De modo que se pusieron a investigar.

El equipo implantó electrodos en los cerebros de nueve ratas para medir las ondas cerebrales, alfa, beta, gamma... Sedaron y anestesiaron a las ratas y les suministraron una inyección letal que paró sus corazones. 

El resultado de la medición fue que, en efecto, algunas de las ondas cerebrales aumentaron su fuerza durante un breve periodo. Estas ondas llamadas gamma se sincronizan y ponen en contacto grandes y remotas zonas del cerebro. Parece que el objetivo es coordinar una respuesta global del cerebro ante determinadas situaciones. A las ondas gamma también se les atribuye una gran responsabilidad en la conciencia.

De modo que el resultado es que las ratas tuvieron una cierta actividad cerebral durante unos 30 segundos después de la muerte. A partir de aquí se abre el terreno para las elucubraciones.

Cerca de un quinto de las personas que sufren ataques cardíacos y sobreviven narran experiencias cercanas a la muerte. Los pacientes relatan estas experiencias como más reales que la realidad. Hace unos meses, un neurocirujano escribió un libro al respecto. El Dr Eben Alexander sufrió una meningitis y durante el tiempo en el que estuvo en coma vivió este tipo de experiencias. Con ello escribió un libro, Prueba del Cielo, que se ha convertido en un Best Seller durante 35 semanas y ha vendido más de dos millones de copias. El problema del Dr Eben Alexander no es que relatara su experiencia, sino que aprovechó su condición de neurocirujano para dar un apoyo científico a sus vivencias del todo subjetivas.

El estudio de las ratas sugiere algunas reflexiones. La muerte es un proceso. No es un momento, antes del cual estás vivo y después muerto. Eso sí, es bastante rápido. Pero no tan rápido para que todo suceda a la vez. Puede haber múltiples explicaciones al aumento de la actividad cerebral. Una muy lógica supone que es una respuesta del cerebro, una gran alarma que activa todos los circuitos para salvarse de la muerte mientras queda energía. Otra respuesta neurofisiológica más prosaica dice que la falta de oxígeno y glucosa estimula la actividad cerebral durante unos instantes.

Siempre habrá alguien como el Dr Eben Alexander que aproveche la ocasión para contarnos una milonga y vender millones de libros. Lo cierto es que no es ético investigar con personas para ver cómo se mueren. Por ello, investigaciones como la presente son fundamentales para comprender como nos llega la muerte.

Obama invertirá miles de millones en estudiar el cerebro

• El gobierno de EE.UU. invertirá 3 mil millones de dólares en una década 
• Las similitudes con el Human Brain Project europeo son muy grandes 
• En una década conoceremos mucho del mayor enigma existente: el cerebro humano

Unas semanas después de que la UE lanzara el Human Brain Project, la administración de Obama se dispone a emprender un proyecto parecido dotado con miles de millones de dólares según informa el NYT. El cerebro está de moda. No solo eso. Su conocimiento, redundará en enormes ventajas para la ciudadanía y producirá grandes beneficios económicos, similares al Proyecto Genoma Humano.

El presidente Obama, en su discurso sobre el Estado de la Unión, citó la investigación cerebral como un ejemplo de que el gobierno debería "invertir en las mejores ideas".

El NYT dice que en marzo el gobierno de EE.UU. desvelará un plan para invertir hasta 3 mil millones de dólares en la investigación del cerebro en la próxima década. Hace unos días era conocido el lanzamiento europeo del Human Brain Project con un presupuesto de mil millones de euros para los próximos diez años. ¿Algún parecido?

Desde luego los proyectos europeo y americano se parecen en muchos aspectos. La inmensa relevancia que ambos conceden a la investigación del cerebro. Los frutos económicos y sociales que se esperan conseguir. El plazo de una década. La astronómica cifra invertida. El enfoque multidisciplinar. La implicación de muchos pequeños proyectos e institutos de investigación. Tanto que probablemente muchos actores participen en ambos proyectos. No parece posible que prosperen uno sin el otro.

El proyecto, que aún no está en marcha, se denomina Brain Activity Map BAM y los detalles no están claros. El gobierno estadounidense ya invierte en muchos proyectos de gran envergadura a través de los Institutos de Salud N.I.H. y de la agencia de defensa DARPA. Algunos proyectos como el Conectoma o SyNAPSE están financiados por el gobierno.

Pero el nuevo proyecto es de una dimensión mucho más ambiciosa. La comparación con el proyecto genoma humano es inevitable. Este constó de 300 millones de dólares anuales durante una década y terminó antes de tiempo. Un estudio calcula que el retorno de la inversión fue de 800 mil millones hasta el año 2010.

Los pequeños pasos son imprescindibles, pero a veces hace falta más. Llegar a la luna o secuenciar el genoma requieren de un esfuerzo gigantesco y coordinado. No se puede esperar que el resultado llegue si no se ponen los medios. Y sin embargo, el nuevo proyecto es mucho más complicado que los anteriores. Empezando por el objetivo. Llegar a la luna es un objetivo sencillo de definir y medir. Se llega o no se llega. Establecer la secuencia de todas las letras del ADN es también sencillo de definir. Pero en relación al cerebro, ¿cuál es el objetivo? ¿Comprender el cerebro? ¿Cómo se sabe que se ha conseguido?

Un grupo de científicos definió y publicó en Neuron hace unos meses algunas características del proyecto. Estas son algunas de sus reflexiones.

Estudiar los componentes elementales no explica el conjunto. Cuando muchas neuronas trabajan juntas hay propiedades emergentes (como la conciencia) que no se pueden explicar solo conociendo bien una neurona. Y citan, cómo no, a Santiago Ramón y Cajal hablando de los circuitos cerebrales

selvas impenetrables donde muchos investigadores se han perdido

Para encontrar respuesta a los enigmas del cerebro, proponen "registrar cada disparo neuronal de cada neurona en un circuito". Consideran que es posible hacerlo, pero a día de hoy es como cruzar el Pacífico a nado. Esto llevaría a tener no solo el Conectoma, sino el conectoma funcional, no solo todas las sinapsis sino todas las sinapsis trabajando.

Para conseguir tales registros (hoy solo registramos algunas decenas de neuronas simultáneamente) serán necesarios algo así como electrodos nanométricos que emitan wireless. Además, el soporte computacional requeriría superordenadores que hoy no existen.

Es decir, el proyecto propone inventar y usar tecnologías que no solo no existen sino que no sabemos cómo crear o si serán posibles. Pero esto es bueno. Para decir lo que ya sabemos no necsitamos 3 mil millones de dólares.

La relación entre el proyecto americano y europeo, a ambos lados del Atlántico ¿será una competición como la carrera de armamentos o la carrera espacial? ¿Será una competencia como la ocurrida en el estudio de genoma entre el proyecto público y el privado? Lo seguro es que la inversión será muy productiva y que dentro de una década conoceremos mucho mejor la más compleja maquinaria del universo conocido: el cerebro humano.

Artículo publicado originalmente en ALT1040

El colosal Human Brain Project

La Unión Europea ha dotado al Human Brain Project con 1.000 millones de euros para los próximos 10 años. Este proyecto estrella es denominado flagship, buque insignia. El proyecto es colosal y ha despertado una gran controversia. Es calificado como una simulación del cerebro ya que es el heredero del Blue Brain Project. Sin embargo, es mucho más que eso. Es el esfuerzo más ambicioso para descifrar los enigmas del cerebro.

A menudo se califica a la Unión Europea como un monstruo burocrático con escaso valor. El Human Brain Project demuestra como es posible emprender proyectos de ámbito europeo que den auténtico valor. La dotación de la empresa es fabulosa: 1.000 millones de euros en 10 años. Así, la UE pretende ser pionera un área de absoluta actualidad y de enorme beneficio para los ciudadanos: la comprensión del cerebro. Es de destacar que el país líder, Suiza, ni siquiera pertenece a la UE y que otros países no europeos como EE.UU, Argentina o Japón también intervienen.

Henry Markram es el padre de la empresa. Durante años ha estado trabajando en su predecesor, el Blue Brain Project. De Markham se ha dicho que es un encantador de serpientes: alto, de buena voz, con un discurso seductor, ha destacado por encima del trabajo callado de muchos neurocientíficos. Y que ha conseguido convencer a las autoridades europeas para invertir una suma tan enorme.

Las críticas al proyecto son varias, la mayoría provenientes del mundo anglosajón y notablemente de EE.UU. Un proyecto así, dicen, deja sin recursos a muchos pequeños proyectos también importantes. La simulación del cerebro no es posible, al menos por ahora, dicen otros. Aunque algo de razón puedan tener las críticas están en esencia equivocadas.

Europa carece de planes e instituciones para grandes proyectos. Pero en EE.UU muchas organizaciones gubernamentales apoyan grandes proyectos. Por ejemplo DARPA o los Institutos de Salud NHI. Uno de tales proyectos es el Conectoma. Otro es SyNAPSE para desarrollar un chip neuromórfico en el que interviene IBM. La Agencia de Energía Nuclear promueve el uso de la supercomputación. Y así un largo etcétera.

El Human Brain Project no es una aventura de simulación del cerebro humano, aunque este sea uno de sus objetivos. La meta es comprender el cerebro y encontrar aplicaciones a este conocimiento.

La investigación en neurociencia está muy fragmentada. Y el cerebro es muy complejo. Se puede estudiar desde muchos niveles de organización, desde la genética hasta la conducta. El objetivo del proyecto es lograr la integración de todos estos conocimientos. Y para ello hace falta un modelo. Con un buen modelo, podremos incorporar los datos de todas las investigaciones.

En el lugar más bajo, nos encontramos con los datos moleculares. Cientos de experimentos prueban moléculas que intervienen en el funcionamiento del cerebro. De estas investigaciones salen medicamentos que pretenden aliviar las enfermedades mentales. Pero, desgraciadamente, el avance es muy lento, en buena medida porque no sabemos en qué sitios y de qué forma actúan los medicamentos. Un modelo del cerebro es imprescindible.

Con un buen modelo, podemos realizar una simulación, y es aquí donde encaja la tan cacareada simulación cerebral. Pero el objetivo primero es incorporar todos los datos de las muy diversas investigaciones que se relizan hoy en día así como plantear nuevas investigaciones.

Quizá copiando el modelo de SyNAPSE, el Human Brain Project también quiere desarrollar la supercomputación y la creación de nuevos chips inspirados en la neurociencia. Chips que superen la arquitectura Von Neumann. La apuesta europea se llama Facets mientras que la americana, liderada por IBM es el chip neurosinaptico ya en fase beta.

La dimensión del proyecto es colosal no solo por el dinero. Más de 80 partners intervienen. Decenas de universidades europeas, entre ellas varias españolas con la Universidad Politécnica de Madrid y el Instituto Cajal a la cabeza, así como varias instituciones argentinas. Los gigantes informáticos IBM, SAP o Cray. La nómina de neurocientíficos es notable como el Premio Nobel Torsten Wiesel que deslumbró al mundo con su investigación de la corteza visual del gato o Stanislas Dehaene que estudia la conciencia entre otras cosas.

La principal dificultad estará en la coordinación del enorme equipo. Pero la ambición es imprescindible si se quiere desvelar el órgano más complejo del universo conocido: el cerebro humano.

Artículo publicado originalemente en ALT1040

Fotos: EPLF