La caja negra del cerebro

CONEXIONES NEURONALES

Un bosque de neuronas: un tinte se inyecta en cada neurona y después se extiende para revelar su morfología. Esta imagen demuestra una fracción minuciosa de las células y de las conexiones dentro de la microcircuitería del neocórtex (reproducida con la autorización expresa de IBM).

Comienzo 2010 con una renovación de mi compromiso intelectual y científico con el estudio del cerebro y con el deseo de divulgarlo en la Noosfera. El pasado 15 de julio de 2009, se presentó a la sociedad mundial, desde Estados Unidos, a través de los Institutos Nacionales de la Salud (NIH), el Proyecto denominado Conectoma Humano (1), dotado con 21,3 millones de euros para los próximos cinco años, que permitirá conocer con el máximo detalle cómo funciona el cerebro, su caja negra, en su vuelo diario e ininterrumpido, de forma similar a cómo se ha logrado descifrar el genoma humano.

Fue Olaf Sporns, profesor de neurociencias en la Universidad de Indiana (EE.UU.), quien publicó un artículo en 2005 en el que atribuía los defectos a gran escala de la investigación en neurociencia general a la ausencia de una descripción anatómica de base, “fundacional”, del cerebro. Antes de ponerse a investigar, era necesario hacer un mapa. A él se debe el nombre de “Conectoma”, el mapa cerebral, un atlas sistemático y completo de todas las conexiones del cerebro.

En 2007 publiqué en la Noosfera mi libro Inteligencia digital. Introducción a la Noosfera digital, en el que ya abordaba esta perspectiva de investigación, aludiendo al Proyecto BlueGene: “Recientemente, he leído un artículo asombroso en relación con el estado del arte en la investigación sobre las neuronas que sitúa muy bien la importancia de su estudio y que ha sido publicado con motivo de la Conferencia sobre Corteza Cerebral del Centenario Cajal, celebrada tal efecto en Barcelona en el mes de abril de 2006 y en la que intervino Javier de Felipe, investigador del Instituto Cajal (CSIC) y codirector del encuentro: “Funcionamos gracias a la existencia de circuitos formados por miles de neuronas que interactúan entre ellas” (…) Esos circuitos se modifican por influencia del entorno, lo que determina cambios constantes, aunque a escala microscópica, en la estructura del cerebro y en unos niveles de actividad que pueden medirse mediante registros eléctricos. Por tanto, el cerebro es “plástico y moldeable”, insiste el neurocientífico español. Pero, como matiza Idan Segev, neurobiólogo de la Universidad Hebrea de Jerusalén, está formado por unidades funcionales igualmente complejas en su funcionamiento pero con cierto “carácter universal”. Son las neuronas. Las hay en cualquier animal, desde un insecto a un mamífero. Segev, experto en modelización y uno de los pocos científicos con acceso al supercomputador BlueGene de Lausana dedicado al estudio del cerebro, equipara esta unidad básica a un microprocesador. De esa equivalencia ha tratado de extraer algo parecido al lenguaje eléctrico de las neuronas. Lo define como la suma de pulsos eléctricos, cada uno de ellos de un centenar de milivoltios y una duración de milisegundos, que forman algo parecido a un código de barras. A través de este lenguaje el cerebro “representa un rostro, una letra o una emoción”, asegura. No es el único código que existe, dice Segev. Cada subconjunto de células especializadas tiene el suyo propio. Más que la neurona individual, lo que cuenta es el circuito. “Cuando me enamoro hay una región específica del cerebro que se activa”, dice. La activación no provoca el nacimiento de nuevas neuronas, pero sí el establecimiento de nuevas conexiones en la corteza de acuerdo con la intensidad de los estímulos recibidos. Los circuitos y sus conexiones pueden ser temporales o, por el contrario, permanentes. Así se definirían, según Segev, los distintos tipos de memoria (a corto o largo plazo), el peso del aprendizaje y, por encima de todo, cambios físicos “evidentes” no sólo en la corteza cerebral sino incluso en las propias neuronas, algo que se está viendo desde hace apenas cinco años. “En la corteza hay partes de la neurona que se mueven en una dirección u otra y producen nuevas ramas con las que hacer conexiones”, explica. Estos mecanismos guardan relación con el conocimiento y la memoria (2)”.

A esta explicación del Proyecto añadía lo siguiente: “Los científicos también esperan poder conocer cómo y por qué ciertos microcircuitos funcionan mal en el cerebro, como sucede en alteraciones psiquiátricas como el autismo, la esquizofrenia y la depresión”. Creo que se abren unas posibilidades que obligan a estar muy cerca de estas realidades auspiciadas por IBM y la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) bajo la denominación científica de Proyecto Blue Brain (Cerebro azul), que explico más adelante. El proyecto intentará en palabras del doctor Henry Markran, director del Laboratorio de Circuitos Neuronales integrado en el Instituto de Mente y Cerebro de la EPFL, “hacer una réplica en software de una columna de la neocorteza. La neocorteza constituye aproximadamente el 85% de la masa total del cerebro humano y se le atribuye responsabilidad por las funciones cognitivas del lenguaje, el aprendizaje, la memoria y el pensamiento complejo. Una réplica exacta de la columna de la neocorteza es el primer paso esencial para simular el cerebro completo y también brindará el enlace entre los niveles genéticos, moleculares y cognitivos de la función cerebral. En fases siguientes del proyecto, se ampliará la simulación para incluir circuitos de otras regiones del cerebro y, con el tiempo, del cerebro completo”.

A tal propósito y para aproximarse a la realidad del Proyecto Conectoma, creo que es de sumo interés consultar la matriz diferenciadora entre cerebro humano y digital de acuerdo con el estado del arte actual (2006) que introduje en mi libro citado anteriormente (3), con referencias permanentes a la base de supercomputación necesaria para la investigación contemplada en el citado Proyecto.

CrawlingCelegans
Desplazamiento del nemátodo Caenorhabditis elegans (recuperado de http://es.wikipedia.org/wiki/Caenorhabditis_elegans, el 2 de enero de 2010)

Como método antagonista al gran despliegue de medios de este Proyecto, la Universidad de Harvard se ha aproximado al conocimiento de la circuitería del cerebro desde unas bases científicas diferentes , a través del nemátodo Caenorhabditis elegans del que ya se conoce su Conectoma y que, con sólo 302 neuronas, es uno de los organismos modelo más simples con un sistema nervioso. Lo he conocido con detalle en el excelente blog que ya citaba al comienzo de este post, http://cesartomelopez.blogspot.com/2009/05/como-el-comer-poco-hace-que-vivas-mas.html, y me parece una investigación fascinante en busca de lenguajes científicos que ayuden a conocer la quintaesencia de dos kilos de circuitos cerebrales, aproximadamente. La aventura de este nemátodo en la nave espacial Columbia que se desintegró al volver a la Tierra en 2003, sugiere el potencial de este organismo y su enorme contribución al conocimiento del ser humano: http://www1.uprh.edu/salterns/geomicrobiolgy/Caenorhabditis%20elegans…pdf, confiando que su aportación al descubrimiento del funcionamiento de las neuronas sea una realidad en un tiempo relativamente corto.

Para hacer el seguimiento del proyecto recomiendo la consulta y lectura programada de avances del proyecto en la siguiente dirección: http://grants.nih.gov/grants/guide/rfa-files/RFA-MH-10-020.html. Mientras, tenemos que seguir descifrando día a día la caja negra de nuestros cerebros. Con la visión de que esta investigación solo tiene interés si sigue avanzando hacia adelante.

Sevilla, 2/I/2010

(1) Casino, Gonzalo (2009, 13 de diciembre). Desentrañar el cerebro, El País Semanal, pág. 26-30
(2) Pujol Gebelli, X. (2006, 3 de mayo). Paisajes en el cerebro. El País, p. 38.
(3) Cobeña Fernández, J. A. (2007). Inteligencia digital. Introducción a la Noosfera digital, pág. 56-64.

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