Cómo el siglo XXI reinventó la neurociencia

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Jorge Ratia

@JorgeRatia

Dicen que cuando el ser humano estudia el cerebro, en realidad es el cerebro intentando estudiarse a sí mismo. Quizás esta es la forma más poética de hablar de neurociencia, una rama de investigación que no se consolidó como tal hasta casi el siglo XX. Su fecha, precisamente, está marcada por un médico español, Santiago Ramón y Cajal, y una gran obra que le valió el Premio Nobel: el descubrimiento de las neuronas.

Fue un punto de inflexión en el devenir de la ciencia, y desde entonces, múltiples investigadores intentan dar respuesta a los porqués de la mente humana, uniendo disciplinas como la medicina, la psicología, la biotecnología y la filosofía, entre otras, con un objetivo común. Por eso, el siglo XXI (aunque no vayamos ni por el primer cuarto) está siendo una época de exploración, hallazgos, decepciones, pero sobre todo de avances que perfectamente podrían pertenecer a la ficción futurista.

Optogenética

La optogenética, a grandes rasgos, es un procedimiento que permite controlar neuronas específicas mediante la luz. Consiste en introducir unas proteínas (llamadas opsinas) dentro de algunas neuronas del cerebro. Las opsinas son sensibles a la luz y actúan como interruptores, es decir, pueden encenderse y apagarse con pulsos de luz.

Entonces, cuando la luz incide sobre las opsinas, las neuronas que las llevan aumentan o reducen su actividad. Gracias a que se puede controlar con precisión el momento y el lugar de la estimulación luminosa, los científicos pueden manipular en tiempo real la actividad de las neuronas. De este modo, es posible investigar la relación causal entre determinados patrones de actividad neuronal y el comportamiento.

La optogenética permite manipular en tiempo real la actividad neuronal

Ahora bien, ¿cómo es posible iluminar neuronas que están dentro del cráneo? Justo por eso, de momento, la optogenética solo se practica en animales, especialmente en roedores. Esto es porque, como la luz ha de incidir directamente, hay que perforar el cráneo del animal para conectarla. En definitiva, la optogenética, que no tiene más de 20 años, ha revolucionado la neurociencia porque proporciona un control sin precedentes de la actividad neuronal, y está permitiendo, por primera vez, identificar los circuitos neuronales responsables del aprendizaje, la toma de decisiones o el control motor.

Neuroplasticidad en adultos

El concepto de neuroplasticidad ya existía antes del siglo XXI. Sin embargo, siempre se ha hablado de neuroplasticidad en los niños, y es ahora cuando se empieza a entender su importancia entre los adultos. Este término hace referencia a la capacidad del cerebro para reorganizar su estructura y funcionamiento en respuesta al aprendizaje, a la experiencia, lesiones o simplemente cambios en el entorno.

Lo que hace que la noción actual de neuroplasticidad sea fascinante es que pone en tela de juicio la idea –largamente sostenida– de que tanto la estructura como la función cerebral son fijas en la edad adulta. Múltiples estudios de este siglo han demostrado que el cerebro adulto sigue siendo altamente adaptable, y que es capaz de reconfigurarse a sí mismo en respuesta a diversas experiencias.

¿Y por qué esto no se descubrió antes? Por el mismo motivo que no se sabía nada de las células antes de la invención del microscopio: la falta de herramientas. Actualmente, hay técnicas como la imagen por resonancia magnética funcional (fMRI) o la neuroimagen por tensor de difusión (DTI) que permiten explorar terrenos hasta ahora desconocidos. Con la primera se pueden observar cambios en la actividad cerebral mientras los participantes realizan diferentes tareas cognitivas. Con la segunda se puede ver la estructura de las fibras nerviosas en el cerebro, lo que es útil para estudiar la plasticidad estructural y los cambios en la conectividad de las vías neuronales.

Los estudios de neuroplasticidad en adultos han llevado a hallazgos sobre cómo aprendemos y cómo funciona la memoria

Tal como se entiende hoy la plasticidad, gracias a las nuevas herramientas de investigación, se puede estudiar la mente humana desde un ángulo totalmente distinto, lo que está abriendo puertas a nuevos hallazgos sobre cómo aprendemos, cómo funciona la memoria, cómo se recupera uno de una lesión cerebral, o cómo se producen algunos trastornos psiquiátricos o neurodegenerativos.

Interfaz cerebro-computadora (BCI)

Imaginemos que podemos escribir un email solo con pensar, configurar la lavadora, o manejar un exoesqueleto como el del Dr. Octopus, eterno villano de Spiderman. Este es el objetivo principal de las BCI: establecer comunicación directa entre cerebro y dispositivos externos. A pesar de los desafíos distópicos que esta idea puede plantear, este avance está contribuyendo enormemente al desarrollo de, por ejemplo, la neurorehabilitación, las prótesis o la tecnología de asistencia.

¿Cómo se llevan a cabo estas tecnologías? El primer paso es registrar la actividad cerebral mediante técnicas como la encefalografía o directamente electrodos implantados en el cerebro. Cada tipo de proceso cognitivo tiene un patrón de señales distinto. Por eso, estas señales se descodifican mediante algoritmos complejos que son capaces de asociar cada patrón de señales con estados mentales o movimientos concretos. Luego, el mensaje descodificado se traduce en órdenes al dispositivo externo que, si todo va bien, debería cumplirlas.

Además, las interfaces cerebro-computadora suelen tener un sistema de retroalimentación que sirve para informar al usuario del resultado de sus órdenes o para que la máquina aprenda a obedecer mejor. Es un avance con el que habría soñado cualquier científico de siglos pasados, en el que neurociencia, computación, inteligencia artificial e ingeniería colaboran para sacarle el máximo rendimiento. De momento, está ayudando a las personas físicamente dependientes y, sobre todo, a comprender cómo funciona la mente humana.

Estas son solamente tres muestras del boom neurocientífico de nuestro siglo, pero hay muchas más, algunas con nombres rimbombantes como microscopía bifotónica o resonancia magnética espectroscópica, y otras con un enfoque más filosófico como la comprensión de la conciencia humana o el uso clínico de psicodélicos.

La neurociencia es todavía un campo en sus inicios en comparación con otras ciencias. De momento, aún se están perfeccionando los métodos para poder observar lo que realmente se pretende y falta que estos sean fiables para establecer relaciones causales entre pensamiento, comportamiento y actividad neuronal.