“Si entendemos científicamente cómo funciona el cerebro, comprenderemos la mente humana”

La agencia de investigación médica más importante de EE UU ha concedido al español Rafael Yuste (Madrid, 1963) su premio más relevante: el NIH Director’s Pionner Award. El catedrático de Ciencias Biológicas y Neurociencias de la Universidad de Columbia (Nueva York) empleará los 2,5 millones de dólares del galardón para descifrar los circuitos neuronales de la corteza visual del ratón con técnicas innovadoras, una vía para conocer mejor las enfermedades mentales y el pensamiento humano. Yuste, ideólogo de la iniciativa BRAIN del gobierno de Obama, explica a SINC los detalles.

Rafael Yuste en su laboratorio de la Universidad de Columbia, en Nueva York. / SINC

¿En qué consiste su propuesta ganadora?

El NIH Director’s Pionner Award te da 500.000 dólares anuales durante cinco años para que persigas una hipótesis arriesgada, no convencional, que pueda llegar a ser revolucionaria en tu campo. Yo les propuse descifrar las conexiones de la corteza visual del ratón para comprobar si funciona como una red neuronal.

El objetivo es visualizar cada uno de los disparos de cada neurona en un ratón vivo, mapear las conexiones en esa región cortical y manipular la actividad neuronal para entender cómo funciona el circuito. Estos datos pueden ayudan a comprender mejor la fisiopatología de enfermedades que afectan a la corteza, como la epilepsia o trastornos mentales.

¿Qué técnicas van a utilizar?

La propuesta es usar novedosos métodos ópticos en los que se emplean microscopios con láseres muy potentes para ver disparar a grupos de neuronas. Esto se consigue visualizando la concentración de calcio dentro de estas células nerviosas, que se tiñen previamente con colorantes. Cada vez que una neurona dispara, cambia el calcio dentro de su cuerpo celular; y con luz, haciendo fotos microscópicas, puedes seguir la pista a este elemento y observar cómo se encienden y apagan las neuronas. En la base está la técnica conocida como calcium imaging, que llevamos años perfeccionando.

¿Qué ventajas presenta este método respecto al uso tradicional de electrodos?

En general, los electrodos solo registran la actividad de una o dos neuronas del animal o la persona. Es como si solo pudieras ver un píxel cuando visionas una película. No te enterarías. Por eso no comprendemos todavía el cerebro, porque todavía nadie ha visto la película entera. Con el calcium imaging, sin embargo, ya podemos ver cien o varios miles de neuronas y observar cómo disparan a la vez.

¿Esta es su principal línea de investigación?

Nosotros estamos interesados en conocer la corteza cerebral, que es la parte más grande del cerebro de los humanos, la más superficial situada debajo del cráneo. En concreto estudiamos la corteza visual, donde se analizan las imágenes visuales. Nuestro modelo animal es el ratón porque tenemos la hipótesis de que el cerebro del ratón y el humano funcionan de manera muy parecida. Es verdad que los humanos tenemos mucho más cerebro que los roedores, pero consideramos que un trocito del cerebro del ratón funciona de forma similar al nuestro. A largo plazo nos gustaría descubrir las bases funcionales de los pensamientos. Cuando un animal o una persona piensan, ¿qué es lo que hacen?

Una pregunta muy profunda…

Desde luego, pero no hay magia dentro del cráneo. Deben ser neuronas las que estén disparando de una manera concreta. ¿Cómo se relaciona el disparo de las neuronas a una actividad mental esencial, un pensamiento, una idea? Siempre me ha fascinado cómo se genera la mente humana. Me interesan mucho los temas de filosofía y psicología. ¿Qué somos las personas, cómo pensamos? Me encantaría que algún día supiéramos cuáles son las bases físicas y cómo funciona fisiológicamente la mente humana por dentro.

Y ese es uno de los objetivos del proyecto Brain Activity Map (BAM), del que usted es uno de los promotores. ¿Por qué ahora se llama Iniciativa BRAIN?

El proyecto BAM surge de una tormenta de ideas entre neurobiólogos y físicos en Inglaterra en septiembre de 2011. Allí planteé el problema o cuello de botella que supone ver el cerebro neurona en neurona, en lugar de todo en su conjunto. Un pequeño grupo propusimos desarrollar técnicas nuevas que nos permitan capturar y manipular la actividad de circuitos neuronales enteros. La propuesta se publicó en diversas revistas científicas y llegó hasta la Comisión de Ciencia y Tecnología de la Casa Blanca. El Gobierno de Obama decidió apoyar el proyecto y lo escogió como uno de los grandes desafíos científico-técnicos del país para la próxima década. Ahí cambia el nombre de BAM por el de BRAIN Iniciative, para darle su propio sello y distinguirlo un poco de nuestra propuesta inicial. Nosotros teníamos una idea concreta, y ahora el enfoque es más general, que engloba a más gente e incluye más tipos de técnicas.

¿Cuál es la situación actual del proyecto?

Las tres agencias federales implicadas (el NIH –National Institutes of Health–, la National Science Fundation –NSF– y el departamento de Defensa –DARPA–, que en conjunto aportan 100 millones de dólares en el año fiscal que comienza ahora en octubre) están decidiendo cuáles van a ser las prioridades de la Iniciativa BRAIN. Se espera que en enero o febrero de 2014 se hagan públicos estos objetivos y se abra la competición para que los grupos de investigación presenten sus proyectos. Supongo que se decidirán en tres o cuatro meses y los fondos se otorgarán a final de la primavera.

¿Y cuál es su papel actual en el proyecto?

Mi rol como impulsor del proyecto ha terminado y no estoy involucrado en administrarlo. Ahora estoy trabajando en coordinar un equipo de varios laboratorios de la universidad para podernos presentar a esas competiciones con una sola solicitud. En este sentido el NIH Director’s Pionner Award –que también han recibido este año otros once investigadores– supone todo un estímulo, porque la propuesta premiada es como hacer un ‘mini-BAM’ enfocado exclusivamente a la corteza visual del ratón.

En cualquier caso, ¿qué aspectos destacaría de la iniciativa general?

Desde un punto de visto científico, esperamos que con las nuevas técnicas puedan surgir datos que cristalicen en la teoría general que nos falta en neurobiología sobre cómo funciona el cerebro. Esto también nos ayudará a entender el problema de base de las enfermedades mentales y neurológicas. Por otra parte, está el gran impacto económico, como el que ha tenido el proyecto del genoma humano. Aunque para mí lo más relevante es que si entendemos científicamente cómo funciona el cerebro, comprenderemos la mente humana por primera vez. Nuestra especie se define por nuestras habilidades intelectuales. Somos nuestras mentes. Sería un gran momento histórico, como girar la esquina y vernos a nosotros por primera vez.

¿De verdad cree que algún día podremos conocer y manipular la actividad de cada una de las millones de neuronas del cerebro?

En el cerebro humano lo veo difícil, pero en el de animales es muy factible. Este mismo año se ha publicado un estudio que revela cómo se ha mapeado la actividad del 80% de las neuronas de la larva de un pez cebra. Se pueden desarrollar técnicas, sobre todo ópticas, que permitan recoger la actividad de grandes grupos de neuronas, en animales o en partes del cerebro humano. En nuestro caso, la corteza visual del cerebro del ratón tiene unas 180.000 neuronas, y veo factible que en cuestión de una década podamos medir la actividad de cada una de ellas. Aunque es verdad que de ahí a todo el cerebro humano hay un gran salto, y existen cuestiones técnicas que en este momento no sabemos cómo se van a resolver.

Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC), la entrevista la ha realizado Enrique Sacristán.

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Dormir unas horas afianza el aprendizaje motor

Si una persona toma una lección de piano y se va a dormir, cuando se despierta sus dedos tocan mejor la secuencia de notas. ¿Cómo consigue el cerebro marcar esta diferencia a través del sueño? Esto es lo que ha investigado un equipo internacional de científicos que explica lo que ocurre en el cerebro en las horas de descanso cuando se afianza el aprendizaje motor.

Una resonancia magnética muestra la ubicación (en amarillo) del área motora suplementaria (SMA). / Yuka Sasaki | Universidad de Brown.

Los científicos han demostrado que el sueño mejora muchos tipos de aprendizaje, incluido el de las tareas motoras, pero no estaban seguros de por qué o cómo. Una investigación liderada por la  Universidad de Brown (EE UU) ha averiguado la función específica del sueño en la consolidación de dicho aprendizaje.

“Los mecanismos de consolidación de la memoria respecto al aprendizaje motor eran inciertos. Nosotros tratamos de averiguar qué parte del cerebro lo lleva a cabo durante el sueño, independientemente de lo que sucede durante la vigilia”, declara Masako Tamaki, investigador postdoctoral en la Universidad de Brown y autor principal del estudio que publica la revista Journal of Neuroscience.

La investigación utilizó tres tipos de imágenes del cerebro y consiguió por primera vez cuantificar con precisión los cambios entre ciertas ondas cerebrales y la ubicación exacta de dichos cambios en la actividad cerebral.

Nueve voluntarios durmieron durante las tres primeras noches del experimento mientras sus cerebros eran escaneados tanto con magnetoencefalografía (MEG), que mide las oscilaciones cerebrales con una sincronización exacta, como con polisomnografía (PSG), que realiza un seguimiento de la fase del sueño. De esta forma los investigadores consiguieron una buena medición de referencia de la actividad cerebral y los sujetos se acostumbraron a dormir en el laboratorio.

Golpes más rápidos y precisos

“Tratamos de averiguar qué parte del cerebro ayuda a la consolicación del aprendizaje motor durante el sueño”

Estos nueve participantes tuvieron que aprender posteriormente una tarea secuencial de golpeo de dedos. La prueba consistía en una sucesión de golpes clave cognitivamente parecidos a escribir o tocar el piano.

A continuación, se les permitió dormir por tres horas y fueron escaneados otra vez con PSG y MEG. Finalmente les despertaron y una hora más tarde se les pidió que realizaran la tarea de golpeo de dedos.

Como control, otros seis sujetos permanecieron sin dormir después de aprender la tarea y también se les pidió que realizaran dicha prueba cuatro horas después de ser entrenados. Los que durmieron hicieron la tarea más rápido y con más precisión.

Cambios en el área motora suplementaria

El último día del experimento, los investigadores escanearon a cada voluntario con una máquina de resonancia magnética, que mapea la anatomía del cerebro, de modo que más tarde pudieron ver donde estaban las oscilaciones MEG que habían observado en el cerebro de cada sujeto.

“El sueño no es sólo una pérdida de tiempo. Es una actividad intensiva para el cerebro que ayuda a consolidar el aprendizaje”

En total, rastrearon cinco frecuencias de oscilación diferentes en ocho regiones del cerebro –cuatro regiones distintas en cada uno de dos lados del cerebro–. Los científicos esperaban que la actividad más importante se desarrollase en la región “M1” del cerebro que es la que rige el control motor, sin embargo, los cambios más significativos se produjeron en el área motora suplementaria (SMA), una región situada en la primera mitad del cerebro –en la circunvolución frontal superior–.

“Estos cambios de ondas cerebrales específicas en el SMA se produjeron durante una fase particular del sueño conocido como ‘de onda lenta’”, apuntan los científicos. Los experimentos se realizaron en el Hospital General de Massachusetts y fueron posteriormente analizados en la Universidad de Brown.

“El sueño no es sólo una pérdida de tiempo. Es una actividad intensiva para el cerebro que ayuda a consolidar el aprendizaje, porque hay más energía disponible o porque las distracciones son menores”, concluye Yuka Sasaki, coautor del estudio y profesor asociado de investigación en la Universidad de Brown.

Después de realizar los experimentos el equipo de Sasaki y Tamaki ha creado un nuevo laboratorio de sueño y han comenzado ya un nuevo proyecto para estudiar más a fondo cómo el cerebro consolida el aprendizaje, en este caso visual.

Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC).

Escuchar música nueva ‘recompensa’ al cerebro

Salvo casos aislados, todo el mundo disfruta al oír música. Ahora, un grupo internacional de investigadores ha dado un paso más allá y ha descubierto que una parte del cerebro, el núcleo accumbens, podría ser la responsable de la sensación de placer que los humanos experimentan cuando escuchan alguna melodía por primera vez.

Los investigadores descubrieron que la actividad en el núcleo accumbens indica si a una persona le gusta o no una pieza lo suficiente como para comprarla./ Peter Finnie y Ben Beheshti

Usted llega a casa después de un día duro, pone la radio y una canción que no había escuchado hasta ahora empieza a sonar. Le gusta y, de repente, empieza a sentirse mejor. ¿Es esto posible?

Según un estudio liderado por científicos de la Universidad de Montreal (Canadá), y publicado en el último número de la revista Science, la explicación está en un grupo de neuronas del encéfalo, conocido como núcleo accumbens.

“La actividad neural en el núcleo accumbens, que forma parte del cuerpo estriado ventral –el centro de recompensa del cerebro–, es un preciso predictor de cuánto dinero está dispuesto a pagar el público para comprar una canción o un álbum de música”, explican los autores.

Así, los expertos crearon un entorno en el que los participantes podrían gastar su propio dinero en música que escuchaban por primera vez a través de un simulador de compra de música on line similar a iTunes.

Los investigadores escanearon los cerebros de los participantes y descubrieron que cuando la gente escucha música que no ha oído antes, la actividad neural en el núcleo accumbens puede indicar si a una persona le gusta o no una pieza lo suficiente como para comprarla.

“Una mayor actividad del núcleo accumbens supondría una mayor cantidad de dinero que estarían dispuestos a gastar por ella”, explica a SINC Valorie Salimpoor, investigadora principal del trabajo. “Esto aporta evidencia neurobiológica de que la música es realmente una recompensa intelectual”.

Pero el núcleo accumbens no trabaja solo, sino que interactúa con algunas de las partes más evolucionadas y complejas del cerebro –áreas sensorial, emocional y ejecutiva–. Ahora bien, el cómo varias partes del cerebro reaccionan a la música depende de los tipos de melodías a los que estamos expuestos a lo largo de la vida y, por tanto, es una respuesta “extremadamente individual”.

Por qué nos gusta la música

“Una buena razón es que nos recuerda algo y nos ayuda a volver a vivir una emoción específica”, afirma Salimpoor. Pero, ¿qué pasa con la música que no hemos escuchado antes?

“Pensemos en el cerebro como una máquina de predicción –continúa la experta–. Cada vez que aprendemos algo, esencialmente estamos aprendiendo a reconocer mejor los patrones correspondientes. Ahora podemos aplicar esto a la música, que no deja de ser sonidos que se organizan conjuntamente en diferentes patrones”.

Lo realmente importante para los autores es que, aunque uno solo de esos sonidos no tiene ningún valor de recompensa en sí mismo, cuando está combinado con otros el cerebro puede identificarlo como algo placentero desde un punto de vista cognitivo.

Referencia bibliográfica:
 V.N. Salimpoor; A. Dagher; R.J. Zatorre; N. Kovacevic; A.R. McIntosh; I. van den Bosch. “Interactions Between the Nucleus Accumbens and Auditory Cortices Predict Music Reward Value”. Science, 11 de abril de 2013.

Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC).

Es posible no pensar en un elefante

Expertos del Centro Vasco sobre Cognición, Cerebro y Lenguaje y de la Universidad de la Universidad de California han mostrado por primera vez la red de regiones cerebrales que permiten la interacción entre el área prefrontal lateral y el hipocampo durante el control de memorias.

Kepa Paz-Alonso, investigador del BCBL. / BCBL

No pienses en un elefante es el título de un influyente libro, publicado por George P. Lakoff, que ha inspirado estrategias electorales de varias elecciones presidenciales estadounidenses.

Basado en recientes teorías neurocientíficas de investigadores como Daniel Wegner, sostiene que es imposible reprimir voluntariamente los recuerdos. Al estilo de la represión freudiana, por mucho que intentemos eliminar el elefante de la memoria, siempre aparecerá ahí.

Sin embargo, en los últimos años estas teorías han sido puestas en cuestión por estudios que muestran que memorias aprendidas recientemente pueden resultar temporalmente inhibidas cuando los participantes intentan suprimirlas de forma activa y repetida.

Ahora, una investigación recientemente publicada en el Journal of Neuroscience, dirigida por Kepa Paz-Alonso, científico del Centro Vasco sobre Cognición, Cerebro y Lenguaje (BCBL por sus siglas en inglés), muestra la red de regiones cerebrales implicadas en la capacidad de suprimir memorias.

Además, el estudio realizado en colaboración con Silvia Bunge, del Instituto de Neurociencias Helen Wills de la Universidad de California en Berkeley (EE UU), prueba que lo que diferencia a las personas capaces de suprimir sus memorias y las personas que no lo son es una característica fisiológica: la fortaleza de la conexión entre las regiones de esta red cerebral.

Dicha fortaleza, que une el hipocampo con el área pre-frontal lateral a través de la corteza cingulada y el lóbulo parietal, parece ser la condición necesaria para que una persona sea capaz de dañar voluntariamente un recuerdo recientemente adquirido, de modo que sea más difícilmente de recuperar por el cerebro.

Para probar esta tesis, Paz-Alonso y sus colegas desarrollaron pruebas conductuales y de resonancia magnética –una técnica que permite examinar las regiones cerebrales que se activan mientras estamos haciendo una determinada tarea–.

Durante estas pruebas, se presentaban inicialmente a los participantes pares de palabras (por ejemplo clavo-fotografía o asiento-tren) que tenían que aprender. Una vez aprendidos, dentro de la resonancia magnética funcional, se les presentaba la primera palabra de los pares y se les pedía que recordaran la palabra asociada o intentaran no pensar en ella.

De este modo, se realizaba un seguimiento de las redes del cerebro que se activan al recordar y suprimir exitosamente o no un recuerdo. Finalmente, se presentaba a los participantes una prueba de memoria en la que se les pedía que intentaran recordar todas las palabras inicialmente estudiadas y poder así examinar quienes habían sido capaces de suprimir sus recuerdos.

Gestionar recuerdos a voluntad

“El resultado de las pruebas”, según Paz-Alonso, “mostró que lo realmente determinante para que una persona sea capaz de suprimir un determinado recuerdo es la conexión funcional entre el hipocampo y el área pre-frontal lateral de su cerebro”. Los resultados de los tests realizados indicaron que “esta red está más activa cuando se inhiben intencionalmente recuerdos en comparación con cuando los mismos son simplemente olvidados”.

A pesar de que las personas muestran la capacidad para inhibir recuerdos, estos estudios no implican necesariamente que estas experiencias hayan sido borradas de la memoria, pero sí que al menos temporalmente las mismas pueden quedar dañadas y, por lo tanto, ser más difíciles de recuperar.

La relevancia de esta capacidad del cerebro consiste en que las personas que la tienen pueden gestionar la atención de su mente más eficazmente para abandonar ciertos recuerdos a voluntad y así poder enfocar su atención en otros asuntos. Además, esta capacidad puede ser susceptible de mostrar mejoras mediante su entrenamiento.

Potencialmente y con más investigación en este campo, pueden desarrollarse programas de entrenamiento dirigidos a personas sanas y pacientes con ciertos trastornos, como por ejemplo estrés post-traumático, que favorezcan el desarrollo de estrategias de control mnémico y permitan una regulación más eficiente de los recuerdos y de su influencia en la conducta y pensamiento.

Referencia bibliográfica:

Pedro M. Paz-Alonso, Silvia A. Bunge, Michael C. Anderson, Simona Ghetti. “Strength of Coupling within a Mnemonic Control Network Differentiates Those Who Can and Cannot Supress Memory Retrieval”. Journal of Neuroscience.

Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC).

Consiguen ‘ver’ los pensamientos de un pez cebra en tiempo real

Investigadores japoneses han ‘visto’ por primera vez los pensamientos en tiempo real de un pez cebra cuando observa y persigue a su presa. El estudio, que publica la revista Current Biology, podría contribuir a agilizar el desarrollo de fármacos psiquiátricos.

Los científicos han estudiado al pez cebra porque su cuerpo es transparente mientras es una larva. / Fro_Ost

Cómo el cerebro percibe el mundo exterior es una cuestión fundamental en neurociencia y, para conocer ese proceso, hay que observar la actividad neuronal en tiempo real durante la percepción.

Un grupo de investigadores de centros japoneses ha podido ‘ver’ por primera vez un pensamiento –concretamente la acción de nadar hacia la presa– a través del cerebro de un pez cebra vivo. Los científicos eligieron este animal porque su cuerpo es transparente en las etapas embrionarias y cuando es una larva. El trabajo aparece esta semana en la revista Current Biology.

“Las larvas de este pez empiezan a capturar y comer cebos vivos a cuatro días tras la fertilización y exhiben un comportamiento denominado ‘captura de la presa’ ”, explica a SINC Kawakami Koichi, del Instituto Nacional de Genética, en Japón, y coautor del trabajo. Ese comportamiento incluye la percepción del cebo, la convergencia ocular y la aproximación a la presa al nadar.

El equipo ha utilizado una tecnología basada en una sonda fluorescente, que detecta la actividad neuronal “con la que se podría ayudar a descubrir fármacos psiquiátricos”, según los autores del estudio.

Para comprender los circuitos neuronales del cerebro que controlan su comportamiento, los investigadores se propusieron visualizar cómo responden las neuronas de las larvas cuando perciben a los paramecios –un protozoo típico de aguas dulces estancadas–.

Esta sonda fluorescente denominada GCaMP es muy sensible y es capaz de detectar la actividad neuronal. Asimismo, mediante un método genético –el Gal4-UAS–se insertó la sonda en las neuronas seleccionadas.

“Estas nuevas herramientas permiten saber cuáles son los circuitos cerebrales involucrados en comportamientos complejos, que van desde la percepción del movimiento hasta la toma de decisiones”, dicen los investigadores.

Akira Muto, del Instituto Nacional de Genética de Japón y autor principal del estudio, añade que esta herramienta “permite esquematizar lo que sucede cuando un pez cebra ve algo bueno para comer, como un paramecio”.

Para ello, situaron uno de esos microorganismos cerca de la cabeza de una larva inmovilizada. Las señales evocadas por el paramecio fueron claramente detectadas en el área neuronal y en las células del tectum de la larva, que es la región dorsal del tronco encefálico.

Respuesta ante el movimiento de la presa

Los resultados muestran que el sistema visual de este pez responde ante el paramecio cuando este se mueve, pero no cuando está inmóvil. “Hemos comprobado que cada vez que el paramecio comenzaba a moverse, las neuronas se activaban”, explican los investigadores.

Los científicos concluyen, por tanto, que un objeto en movimiento “genera continuamente señales en el tectum de las larvas”. Además, también han observado la actividad cerebral cuando la larva se decide a capturar su presa. “Hemos observado que las señales neuronales que preceden a la captura se localizan en la parte más anterior del tectum”, explica Koichi.

Gracias a este estudio se ha estudiado por primera vez la actividad cerebral (en tiempo real) de un animal vivo e intacto durante su comportamiento natural. “En el futuro, posiblemente podremos interpretar el comportamiento de los seres vivos, el aprendizaje y la memoria, el miedo, la alegría o la ira, a partir de la actividad de combinaciones particulares de neuronas”, ha explicado Koichi.

El investigador concluye que analizar el cerebro de un pez puede llevar a conocer mejor los circuitos neuronales del cerebro humano, “lo que permitiría acortar los largos procesos necesarios para desarrollar nuevos medicamentos psiquiátricos”.

Referencia bibliográfica:

Akira Muto,  Masamichi Ohkura,  Gembu Abe, Junichi Nakai, Koichi Kawakami. “Real-Time Visualization of Neuronal Activity during Perception”. Current Biology. DOI:http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2012.12.010.. 31 de enero de 2013.

Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC).

“Queremos mapear cada neurona para ver la película completa del cerebro”

En su último número del año, la revista Nature ha hecho balance de 2012 y se ha atrevido a anunciar cuáles serán los científicos que darán de qué hablar en 2013. Entre ellos está Rafael Yuste (Madrid, 1963), neurocientífico de la Universidad de Columbia (Nueva York), que colidera un proyecto a gran escala para mapear todas y cada una de las neuronas del cerebro. Yuste ha hablado con SINC de sus investigaciones y del anuncio de Nature

Rafael Yuste es, según Nature, uno de los nombres a tener en cuenta en 2013. Imagen: Kavli Institute for Brain Science (Universidad de Columbia)

¿Por qué le señala la revista Nature como uno de los nombres a seguir en 2013?

La mención de Nature se debe a mi labor de colíder del Brain Activity Map (BAM), un proyecto de larga envergadura que englobará muchos laboratorios en varios países durante muchos años.

¿Le sorprendió el anuncio?

Me enteré por un e-mail de la agencia Efe el día anterior. Me sorprendió porque el proyecto todavía no ha comenzado.

¿A qué se dedica su equipo de investigación?

En mi equipo, como ocurre con muchos neurobiólogos desde los tiempos de Cajal, queremos entender cómo funciona el cerebro. Estudiamos la corteza cerebral del ratón como modelo de la corteza humana. Queremos descubrir cómo funciona, describir las neuronas que componen estos circuitos corticales y estudiar cómo están conectadas entre sí y qué actividad generan en el animal vivo. El objetivo final es entender las computaciones que ocurren en estos circuitos. Utilizamos técnicas ópticas, microscopios con láseres infrarrojos, y también abordajes electrofisiológicos y anatómicos.

¿En qué consiste el proyecto Brain Activity Map?

Es un proyecto a largo plazo para desarrollar los métodos ópticos y eléctricos que nos permitan mapear y manipular la actividad de todas y cada una de las neuronas del cerebro. Mi laboratorio se especializa en desarrollar técnicas nuevas.

¿Quieren conocer la actividad de cada neurona del cerebro humano?

Empezaríamos con animales pequeños, como el gusano Caenorhabditis elegans, la mosca Drosophila, el pez cebra y algunos circuitos particulares en el cerebro de ratón, como la retina, el bulbo olfatorio y áreas corticales especificas. Esperamos que, al igual que pasó en el proyecto del genoma humano, el desarrollo de técnicas nuevas haga posible aplicarlas también al cerebro humano.

“Entender el cerebro es posiblemente el mayor desafío que tiene la ciencia actual”

Un proyecto bastante ambicioso…

El BAM es un proyecto que surgió de una manera casi accidental de la interacción y colaboraciones entre neurobiólogos, genéticos, físicos e ingenieros. Si sale adelante será un ejemplo perfecto de ciencia interdisciplinaria. Creo sinceramente que la ciencia del futuro va a ser interdisciplinaria. Grupos de científicos de distintos campos trabajarán conjuntamente para resolver problemas específicos, en este caso, entender cómo funciona el cerebro.

¿Qué aplicaciones puede tener registrar toda la actividad eléctrica del cerebro?

En primer lugar tiene importancia científica, ya que entender el cerebro es posiblemente el mayor desafío que tiene la ciencia actual. La neurobiología está progresando rápidamente pero, por limitaciones técnicas solo se registra la actividad de pocas neuronas a la vez, mientras que cualquier circuito cerebral tiene miles o millones de neuronas comunicándose entre sí. Es como querer ver una película en la televisión mirando solo dos o tres píxeles de la pantalla. Nosotros queremos ver toda la pantalla cerebral: tenemos el convencimiento de que los estados funcionales del cerebro están ‘escritos’ en la actividad conjunta de grupos muy grandes de neuronas, y que al observar la actividad de todas las neuronas veremos la ‘película’ completa del cerebro por primera vez.

¿Y desde el punto de vista médico?

La importancia clínica viene de la misma razón: es probable que muchas de las enfermedades mentales y neurológicas se deban a problemas específicos con la actividad conjunta de muchas neuronas y grupos de neuronas. Poder capturar toda la actividad y manipularla podrá dar lugar a nuevos métodos de diagnóstico y a nuevas terapias.

También tendrá importancia económica…

Siempre que se desarrolla una tecnología nueva, se crean nuevas industrias que las utilizan. En el proyecto del genoma humano, por cada dólar invertido, la economía acabó generando 141, según un informe de la fundación Batelle.

¿Cree que se cumplirá el vaticinio de Nature y el proyecto BAM será una de las investigaciones más importantes de 2013?

Sí, creo que el proyecto va a ser escogido por la Oficina de Ciencia y Tecnología de la Casa Blanca como uno de los ‘Grandes Desafíos’, proyectos estrella en ciencias en EE UU, y pedirán recursos al congreso para ello. Parece que los National Institutes of Health (NIH) están también interesados en financiarlo. En los próximos tres o cuatro meses se decidirá.

¿Repercutirá el anuncio de la revista de alguna manera en su trabajo?

No lo creo, nosotros seguimos concentrados en nuestros objetivos independientemente de lo que digan los editores de las revistas científicas.

Artículo publicado en Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC), su autor es Guillermo García.

Se ha exagerado el papel de las neuronas espejo

Red de neuronas.

Artículo publicado por Nicola Rowe el 11 de mayo de 2012 en Cosmos Magazine

El debate alrededor del desarrollo del sistema de neuronas espejo se reavivó el mes pasado cuando se publicó un artículo en contra de la teoría popular que propone que las neuronas espejo, asociadas con el desarrollo cognitivo humano, evolucionan a través de la experiencia individual y no es un conjunto heredado innato de rasgos maduros.

El artículo de opinión de Richard Cook de la Universidad de la Ciudad de Londres aparece en Biology Letters. Cita una reciente investigación llevada a cabo en macacos que evaluaba la actividad de las neuronas espejo en tareas que requerían el uso de herramientas y audiovisuales para concluir que el término “neuronas espejo” es un nombre que lleva a engaño.

Menos de un tercio de las neuronas estudiadas en los monos realmente “hacían de espejo” del comportamiento observado. La investigación desacredita la teoría popular que dice que nacemos con un conjunto de neuronas espejo maduras que han sido perfeccionadas hasta su forma actual por nuestros ancestros cuando las propiedades ayudaban a su supervivencia.

Las neuronas espejo desempeñan un papel en el desarrollo humano

Esta teoría predominante sobre un conjunto de comportamientos heredados, aceptada actualmente por un número de psicólogos y neurocientíficos cognitivos, propone que un sistema de neuronas espejo proporciona los mecanismos fisiológicos necesarios para el comportamiento básico sensoriomotor.

Cook comenta que: “La conceptualización de las neuronas espejo como enlaces fijos entre la descripción de acciones observadas y los ‘programas motores’ requeridos para producir esas acciones, hace que sean muy útiles para las teorías”.

Esta misma teoría también acredita, controvertidamente, al sistema de neuronas espejo la contribución a nuestra comprensión de las acciones de otros, el aprendizaje de nuevas habilidades por imitación, y la empatía.

El papel de las neuronas espejo puede haberse exagerado en gran medida

En su forma más hipotética, el sistema de neuronas espejo, tal y como lo describió un eminente neurocientífico es ‘la fuerza motora tras el gran avance de la evolución humana’, desempeñando un papel importante en la capacidad del lenguaje y, en un mal funcionamiento, como factor subyacente en los desórdenes cognitivos, tales como el autismo.

“Muchos autores usaron las neuronas espejo para explicar cómo resuelven nuestros cerebros ciertos problemas, como el de la comprensión y predicción de las acciones de otros. No obstante, que estos enlaces sean habitualmente imperfectos, no encajen y aparentemente se adquieran a través de la experiencia, supone un desafío para los psicólogos y neurocientíficos que buscan comprender cómo contribuyen las neuronas espejo a la cognición humana”, señala Cook.

“En muchos casos, las neuronas espejo que normalmente surgen a través de la experiencia cotidiana pueden ser incapaces de realizar las funciones que supuestamente se les atribuyen”. De acuerdo con la investigación citada por Cook, el papel de las neuronas espejo puede haberse exagerado en gran medida.

Estudiar una función neuronal aislada en el cerebro humano es una ciencia inexacta, dado que se ha llegado a la gran mayoría de hipótesis utilizando datos indirectos. La mayor parte de experimentos se llevan a cabo en monos; animales con circuitos fronto-parietales similares a los humanos.

Los datos en bruto mostrados en ensayos con monos se extienden, si bien teóricamente, a los sistemas humanos de neuronas espejo. Atribuir a las neuronas espejo rasgos del comportamiento, cuando su misma existencia y papel en los humanos aún es tema de debate, complica las cosas para las teorías en pugna.

Cook apoya la investigación recopilada por Cecilia Heyes de la Universidad de Oxford, quien rechaza la teoría de la ‘fuerza impulsora’ de los sistemas de neuronas espejo. Sus datos sugieren que el sistema de neuronas espejos de los individuos es “adquirido durante el curso de la vida de la persona como producto de una experiencia correlacionada de acciones de observación y estimulación”.

Las neuronas espejo de “uso de herramientas” en los monos se ve que se disparan tanto cuando observan una acción que se está llevando a cabo con herramientas como cuando realizan la acción independientemente. Las neuronas espejo ‘audiovisuales’ también se activaban cuando se escuchaba, observaba o realizaba un sonido como el impacto de un metal.

¿Las neuronas espejo vienen de serie?

“Dado que los ancestros de los monos no podían haber estado expuestos a estas imágenes y sonidos, estos informes están en contra de la idea de que las neuronas espejo vienen de serie con nuestro cerebro; que la evolución las ha puesto ahí porque ayudó a nuestros ancestros a sobrevivir. Parece que las propiedades de las neuronas espejo están determinadas por la experiencia”.

Naznin Virji-Babul de la Universidad de British Columbia publicó recientemente sus hallazgos en Brain and Behaviour donde buscaba discernir qué hipótesis contrarias podían observarse en niños humanos. Citando la investigación en curso, comenta: “El origen del sistema de neuronas espejo sensoriomotor, ya sea innato o adquirido a través de la experiencia, es uno de los problemas neurocientíficos más importantes”.

“Ambas perspectivas tienen que tenerse en cuenta”

“La discusión de Cook sobre el tema es importante y llega en el momento adecuado… [y su] hipótesis sobre que el sistema de neuronas espejo se desarrolla en respuesta a la experiencia es intrigante. Estoy particularmente interesado en determinar si la hipótesis es compatible con los nuevos resultados”.

La reciente investigación de Virij-Babul sugiere que, literalmente: “puede haber un sistema básico de neuronas espejo optimizado para detectar el movimiento coherente que ya esté presente en recién nacidos y niños pequeños. El que estos estudios también hayan demostrado que experiencias anteriores de movimiento mejoren el sistema básico sugiere que ambas perspectivas tienen que tenerse en cuenta”.

Seguro que la presencia de un sistema de neuronas espejo inarticulado y subdesarrollado en niños para armarlos mejor para la supervivencia tendrá un avivado debate, el cual continuará durante un tiempo. El apoyo de Cook a la teoría de Heyes, rebatiendo la presencia de un sistema maduro presente desde el nacimiento, se enfrenta a la afirmación de Virij-Babul de que ambas perspectivas siguen siendo relevantes, con la conclusión de Cook de que “la selección natural puede haber refinado nuestra capacidad de aprendizaje asociativo – nuestra capacidad para conectar o enlazar eventos que suceden a la vez habitualmente – en lugar de asociarlos a un sistema de neuronas espejo”.

Artículo traducido y posteado en Ciencia Kanija, el original se publicó en COSMOS, su autor es Nicola Rowe.