La ciencia del sabor

El gusto no es elegante. Pertenece más bien a los bajos instintos. La vista o el oído han sido profusamente estudiados y modelados por la ciencia y la tecnología. Recientemente el sentido del gusto ha empezado a atraer a la tecnología de los ordenadores.

Alimentarse es esencial para los seres vivos. Los animales estamos dotados del sentido del gusto de forma que nos acercamos a las sustancias que son buenas para nosotros y nos alejamos de las malas. Unas tiene buen sabor y las otras repugnan.

La vista es un sentido muy complejo y muy estudiado. Formular un modelo matemático y una simulación por ordenador de un sistema visual atrae a cualquier programador. Otros sentidos como la audición corren igual suerte. Pero el gusto y el olfato están olvidados por la ciencia. Aunque no por la industria.

El gusto y el olfato son sentidos químicos. Detectan sustancias químicas que se encuentran a nuestro alrededor o que nos llevamos a la boca. El gusto se percibe por las papilas gustativas que se encuentran en la boca. El olfato por neuronas olfatorias situadas en la nariz.

Tenemos papilas gustativas que detectan tan solo cuatro sabores: amargo, dulce, ácido y salado. Sin embargo distinguimos muchos más sabores. Aunque en realidad, más que sabores son olores. Al masticar y tragar, se desprenden múltiples olores que son detectados por el olfato. Resulta sin embargo que estos olores no se perciben en la nariz sino en la boca y no en forma de olor sino de sabor. Se cree que podemos distinguir miles de olores distintos. Un componente adicional es el tacto. La textura es esencial en los alimentos y así distinguimos algo duro o esponjoso o crujiente.

La expresión del gusto y el olfato en el cerebro es limitada. Otros sentidos tienen una representación mucho mayor en la corteza cerebral. Los sentidos químicos por el contrario se representan en zonas más profundas y antiguas del cerebro y están muy cercanos a los centros emocionales. Una característica del olfato es que es uno de los pocos lugares donde se crean neuronas toda la vida mientras que en el resto del sistema nervioso no se crean mas neuronas a partir de la primera infancia.

Este mundo antiguo y primitivo de los sabores y los olores es, además de vital, objeto de atención de la tecnología y la ciencia desde hace poco.

Sin olvidarnos de la industria. El negocio de los perfumes lleva siglos en marcha. La comida es esencial y resiste cualquier crisis. La producción, conservación, elaboración y distribución de los alimentos es un negocio que nunca acabará mientras existan humanos. Y en todos esos pasos se ha aplicado la ciencia. Quizá la elaboración sea el campo más reciente. Infinidad de productos precocinados están en las tiendas de alimentación. Hace unos años existían solo las sopas y poco más. Hoy hay decenas de nuevos productos.

La comida es fuente de noticias permanente. Por ejemplo en relación a la dieta. Comer bien, barato y sano está en el foco de muchas informaciones y noticias científicas. Hay incluso quien considera que no es necesario comer alimentos y ha fabricado un brebaje con lo necesario para subsistir. Pese a los enormes controles sanitarios, los fraudes alimentarios son constantes, como el de la carne de caballo.

¿Distinguimos los ingredientes de la la comida? ¿Somos unos excelentes gourmets? ¿Y el vino? Muchas personas se consideran expertas. Pero hay mucho de ficción y una auténtica cata a ciegas deja en evidencia a los mejores sumiller.

Pero si algo ha triunfado son las recetas por Internet. Cientos de páginas con miles de recetas pueblan la web y están entre las más visitadas. Además, muchas de ellas contienen vídeos con la forma de preparar la "receta de la abuela".

Hace algún tiempo IBM publicó sus 5 predicciones para los próximos 5 años. Esta vez estaban dedicadas a los sentidos. Respecto del gusto se decía:

Los ordenadores sabrán descomponer la química de los sabores y encontrar su conexión con la psicología del placer que nos lleva a consumirlos. Entonces podremos conseguir nuevas combinaciones hasta ahora inexploradas. Y más importante aún, conseguirán que la comida más saludable sea la más apetitosa mejorando los hábitos de alimentación del mundo. La comida es algo tan serio que los ordenadores van a tener que ocuparse de ella.

El caso es que la carrera ya ha empezado. James Briscione es un chef que trabaja codo con codo con un ordenador que le sugiere los mejores ingredientes para nuevos e innovadores platos. El objetivo no es almacenar el conocimiento existente, sino crear algo nuevo. La mezcla de sabores que maneja alcanza los millones de combinaciones. Desde luego muchas son detestables. El truco está en combinar la química y la psicología del sabor para averiguar qué combinación es placentera. Debe de ser un programa que aprende con los juicios de los comensales. Además debe de usar información no estructurada ya que hay que decirle cosas tan ambiguas como rico, amargo, soso o extraño referidas al sabor. Por lo pronto parte de 20.000 recetas para empezar. El sistema no solo no es perfecto sino que carece de elementos básicos como la forma de preparación, la presentación, la cocción...

Recientemente, Watson, el software que ganó el concurso de TV Jeopardy, se ha metido en la cocina en forma de un producto llamado Cheff Watson, una alianza de IBM y la empresa Bon Appétit. 

El gusto es química y ambos son ciencia. La tecnología ha llegado para innovar la cocina. Quizá pronto además del horno, la vitrocerámica, el frigorífico o la olla presión, tengamos una ayuda adicional en los fogones. Puede que la próxima gran cocinera sea una máquina.

Capturando el cerebro completo de un pez cebra a nivel neuronal

Un equipo de investigadores ha logrado el reto de registrar la actividad del 80% de las neuronas del cerebro de la larva de un pez cebra de forma simultánea. Esto abre el camino para entender el cerebro en su totalidad. El estudio coincide con el lanzamiento del Brain Activity Map, la multimillonaria iniciativa de la administración estadounidense de conocer el cerebro en 10 años.




Somos capaces de registrar la actividad de una neurona individual desde hace décadas. Para ello introducimos un electrodo en su interior y observamos cuando se dispara la neurona. Ello es esencial para conocer el ingrediente básico de la cognición: la célula, la neurona.

Pero el cerebro es la actividad de miles o millones de neuronas. La actividad coordinada. De modo que si queremos entender cómo funciona el cerebro, necesitamos registrar la actividad de todas sus neuronas. Obviamente no podemos introducir un electrodo en cada una de ellas de modo que se nos escapa por completo la actividad de conjunto, que es esencial. Un método usado para paliar este problema es la resonancia funcional magnética fMRI que nos da una idea del conjunto, pero que no tiene la resolución necesaria para captar neuronas individuales y además es un método indirecto y lento.

La optogenética es una técnica que está llamada a cambiar este panorama. Modificamos genéticamente una o más neuronas de modo que o bien se excitan con la luz (cuando reciben un pulso de laser y así las controlamos) o bien emiten luz cuando se excitan (y así las observamos).

En el presente estudio se han modificado genéticamente las neuronas de un pez cebra de modo que emiten luz fluorescente cuando se excitan. El pez cebra es un animal muy usado en experimentación. Es un pez de agua dulce y conocemos muchas cosas de él. Su larva es transparente de modo que podemos registrar la luz emitida por sus neuronas modificadas genéticamente.

El resultado es una captura del 80% de sus neuronas cada 1,3 segundos. Algunas neuronas están en áreas más inaccesibles y no pueden registrarse. Además se ha usado un nuevo tipo de microscopio. El resultado grabado tiene un tamaño superior al terabyte.

Para hacer más futurista el experimento, se ha usado realidad virtual. La larva está inmóvil en un pequeño tubo e interactúa con un mundo virtual de modo que modifica su conducta motora de acuerdo con la realidad virtual que se le proyecta.

Por primera vez se puede ver la actividad coordinada de todo el cerebro de un vertebrado y se observa por ejemplo como el cerebro se ilumina en algunos momentos en que todas las neuronas se activan de forma síncrona.

El pez cebra es un animal de unas 100.000 neuronas. El desafío de trabajar con otros animales es enorme. El cerebro de un ratón es mucho mayor, no es transparente y tiene cráneo. El del hombre es aún mucho más complejo con 85.000.000.000 neuronas.

Este experimento coincide con el lanzamiento de la iniciativa más ambiciosa de conocimiento del cerebro. Estados Unidos está a punto de lanzar el Brain Activity Map (que compite con el europeo Human Brain Project). Una de sus ambiciones es "registrar cada disparo neuronal de cada neurona en un circuito".

Registrar cada neurona en un pez cebra es un enorme avance que nos acerca al objetivo de registrar cada neurona en un cerebro humano.

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.

Fecha de publicación de la Ilíada, desvelada por genetistas

El lenguaje evoluciona. Producto de esta evolución son los miles de lenguas habladas en la tierra. Rastreando los parecidos entre los distintos vocablos de dos lenguas se puede poner fecha a una lengua común a ambas. De igual forma que hacen los genetistas con las mutaciones y el genoma. Así, unos genetistas han puesto fecha al famoso poema homérico, la Ilíada. Se publicó el 762 A.C.

El lenguaje es un producto humano fascinante. A la vez tremendamente sencillo y sumamente complejo. Cualquier bebé en circunstancias normales lo aprende sin esfuerzo. A su vez, otros idiomas resultan incomprensibles. Todos los idiomas son muy parecidos. Y muy distintos. Hay miles de lenguas en la tierra. Quizá todas provengan de una única ancestral y por una suerte de torre de Babel bíblica se separaron hasta llegar a la rica variedad actual.

Desde el punto de vista psicológico, el lenguaje es muy atractivo. Es la ventana más accesible de la mente. Sabemos lo que ocurre en la mente de los otros porque nos lo cuentan, porque hablan. Aún siendo tan accesible es muy costoso saber cómo se genera. Los gramáticos llevan siglos lidiando con verbos, nombres y pronombres. Nuevas técnicas se suman y el panorama, lejos de aclararse parece oscurecerse.

Empecemos por la cuestión más fundada aunque no siempre parezca obvia. Las lenguas son equivalentes. Hace décadas, el gran lingüista Noam Chomsky lanzó la idea de que existen dos estructuras, la profunda y la superficial. La profunda es común a todas las lenguas y la superficial varía. Todos decimos lo mismo pero de distintas maneras. Esto concuerda con la evidencia. El cerebro está precableado para el lenguaje. Cualquier niño puede aprender cualquier lengua. Cualquier texto puede traducirse (aunque se pierdan matices).

Pero vayamos a la genética. El genoma de todos los humanos es casi idéntico. Pequeños cambios nos hacen muy diferentes. Es probable que todos descendamos de unos antecesores comunes, una madre y un padre. Pequeños cambios en el genoma, pequeñas mutaciones se van acumulando durante generaciones y siglos.

Las lenguas evolucionan e incorporan pequeños cambios que se acumulan. Los genomas evolucionan e incorporan pequeñas mutaciones. Comparando dos genomas podemos saber cuál es el antecesor común. Sabiendo la tasa de mutaciones en el tiempo podemos saber cuando existió ese antecesor común. ¿Se pueden aplicar técnicas genéticas al lenguaje?

Es lo que ha hecho un grupo de biólogos. No han sido lingüistas sino biólogos los que han datado la Ilíada. El resultado coincide con lo que los lingüistas suponían: es del octavo siglo A. C.

Para lograr la datación han comparado palabras del griego moderno, el lenguaje del autor, Homero, y de los hititas, el pueblo existente cuando se produjeron los hechos. Han buscado palabras comunes y significativas que aparecen todos los idiomas como partes del cuerpo, colores y relaciones como padre e hijo. Esta técnica es en realidad más antigua y fue empleada en los 50's por el lingüista Morris Swadesh.

El estudio del genoma ha sido facilitado por la brutal fuerza de cálculo de los ordenadores. Aunque el lenguaje se resiste a someterse el imperio del Big Data, el camino es irreversible. Los traductores son un gran ejemplo. Pura estadística. Todo avanza y puede decirse que los ordenadores como Watson están empezando a comprender el lenguaje. Pero, entretanto, la pura estadística es muy útil. Hace poco supimos que científicos lograron reconstruir lenguas antiguas mediante software.

Esto nos lleva a acercarnos a un sueño largamente anhelado y complejo. ¿Cómo transcurrió la evolución humana? Una nueva especie capaz de usar el lenguaje, el homo sapiens, se expandió gradualmente por la tierra. Según se separó en distintos grupos, su genoma incorporó distintas mutaciones, su lenguaje nuevas palabras y sus actos dejaron distintas evidencias fósiles. ¿Podrá la estadística del Big Data mostrarnos todo el subyugante recorrido? Quizá, comenzando con la obra más antigua de la literatura occidental, la Ilíada.