No nos reímos cuando pensamos que lo hacemos. Según un
estudio científico llevado a cabo por Sophie Scott, de la Universidad de
Londres, si se pregunta a la gente lo
que la hace reír, hablarían de chistes y humor, pero con mayor frecuencia nos
reímos cuando conversamos con otras
personas. Realmente, con los chistes nos reímos muy poco. La risa es mas bien
una emoción social que se utiliza para generar
y mantener los lazos sociales.
En general, la risa que
emitimos es muy aguda, muy por encima del sonido que producimos cuando se trata
de cantar, por ejemplo. La risa es también una manera muy primitiva de emitir
un sonido.
También hacemos
ruidos muy extraños cuando nos reímos - desde sibilancias y chirridos a jadeos
y resoplidos - y cada sonido simplemente refleja la contracción de los músculos
que tenemos en el pecho y que están exprimiendo el aire de nuestras cajas
torácicas bajo presiones muy altas.
Las imágenes de
resonancia magnética muestran que cuando alguien se ríe, no hay movimiento real
de la lengua, la mandíbula, el paladar blando y los labios. Toda la acción está
sucediendo en la caja torácica.
Los sonidos de la
risa los producimos de maneras muy simples (a diferencia del habla) y están
controlados por el sistema evolutivamente "más viejo" del cerebro,
que se ocupa de la vocalización en todos los mamíferos (a diferencia del
habla). Esta es la razón por la que un derrame cerebral puede robar a alguien la capacidad de hablar, pero le mantiene la
capacidad de reír y llorar. Esas
personas pueden sufrir daños en las áreas del cerebro que les permiten hablar,
pero el sistema emocional mas antiguo se mantiene intacto, ya que
anatómicamente está situado en las profundidades del cerebro.
La gente reconoce la
risa como risa, incluso si se produce por alguien de una cultura muy poco
familiar. Los Himba producen un sonido casi de canto como "ay-ay-ay"
cuando están celebrando algo. Su expresión
es completamente distinta a la que acostumbramos en otras culturas, pero la expresión
de la risa, sin embargo, es universal.
Los investigadores Disa Sauter y Frank Eisner, colaboradores de
la investigadora Sophia Scott, fueron a
Namibia varias veces para trabajar con el pueblo Himba y el único sonido
positivo reconocido, que hicieron los Himba (y viceversa) era la risa.
Las expresiones no
verbales, como la risa, se asocian con
frecuencia a expresiones de emoción. Estas emociones se denominan básicas,
porque se reconocen en todos los grupos
humanos y también se encuentran en otros mamíferos. Esto explica por qué
algunas emociones son bastante similares en todas las especies, por ejemplo en
la imagen que muestra las similitudes entre la cara de un ser humano enojado y
un lobo enojado.
La risa es una
expresión emocional no verbal y estos sonidos, que normalmente hacemos cuando experimentamos
emociones muy fuertes, son más como llamadas animales que como nuestra habla
normal. Las expresiones faciales de las emociones se reflejan en todas las
especies.
Por supuesto, desde
luego, no somos los únicos animales que ríen. La risa ha sido bien descrita en
otros primates, como los chimpancés, los gorilas y los orangutanes.
Y curiosamente,
siempre que encontramos la risa, sus raíces están en el cosquilleo y en el
juego, tanto en los humanos como en los
gorilas o las ratas.
Todos los mamíferos
juegan cuando son jóvenes y algunos mamíferos (como los seres humanos, las nutrias,
las ratas y los perros) juegan durante toda su vida. Tal vez la risa ha
evolucionado para ser una señal importante del juego, una señal de que nos
estamos divirtiendo, nadie va a hacerse daño y esto es todo un divertimento.
Incluso hay una
teoría de que esto es lo que sucede en la comedia: la gente está utilizando la
comunicación de una manera lúdica y es por eso que nos reímos. Sin duda, las raíces
de toda risa se encuentran en las interacciones sociales.
La depresión se está convirtiendo en un problema cada vez más
extendido en nuestra sociedad, alcanzando a volúmenes de población cada vez más
importante.
En aproximadamente el 70% de los pacientes diagnosticados se
produce una cierta mejora en el tratamiento con antidepresivos, pero una
remisión completa ocurre solamente en 40 a 50% de las personas diagnosticadas
con depresión. Con el fin de impulsar esta tasa de remisión decepcionante, necesitamos
buscar algo que aumente la efectividad de los antidepresivos o que pueda
utilizarse por separado, como indicación esencial para casos leves.
Y existe un
suplemento considerado como alimento medicinal. Es seguro, y realmente
funciona. Es una vitamina que es una forma de ácido fólico conocido como
L-metilfolato.
El ácido fólico es una vitamina B esencial. Se conoce
también como B9. Se encuentra en los vegetales de hoja verde, huevos, cereales
y alimentos enriquecidos (por nombrar algunos). Cuando se toma como folato o
ácido fólico en la dieta se absorbe por el intestino delgado, donde se
convierte por una enzima específica en L-metilfolato. Este metabolito se
utiliza para generar la serotonina, la norepinefrina y la dopamina, que son neurohormonas
ampliamente relacionadas por la literatura científica como muy importantes para
la regulación del humor.
Acido Fólico
Los científicos han identificado 40 mutaciones en el gen
(conocido como MTHFR) responsable de producir la enzima que convierte el ácido
fólico en L-metilfolato. Si hay una mutación en este gen, su capacidad para
convertir el ácido fólico en L-metilfolato se reduce en un 34%. Si tiene dos
mutaciones, se reduce en un 71%. ¿Y esto porqué es importante?
Si se tiene una enzima defectuosa, no se puede convertir el
ácido fólico a L-metilfolato adecuadamente y los niveles de serotonina, norepinefrina y
dopamina van a empeorar notablemente. Y con ello, la sensación de bienestar
personal. Y estas mutaciones de los genes son extremadamente comunes.
El tratamiento es simple: una receta de L-metilfolato. Si se
toma en las cantidades adecuadas (7,5 a 15 miligramos) puede mejorar la
depresión leve con relativa rapidez. En un estudio de pacientes de edad
avanzada, la tasa de respuesta a las 6 semanas fue del 81%. Los resultados se
ven a menudo en tan sólo dos semanas. Además, este compuesto se tolera bien sin
efectos secundarios. No interactúa con otros medicamentos.
Los resultados observados en clínica son impresionantes.
Cuando se trata a las personas con mutaciones MTHFR (con o sin depresión leve)
con L-metilfolato, mejora su estado de ánimo y la frecuencia con la que duermen
mejor. Los problemas relacionados tales como el síndrome del intestino
irritable a menudo mejoran también.
Comprobar si se tiene la mutación en el gen MTHFR, con un
simple análisis de sangre, podría ser de gran ayuda en el tratamiento de
personas con depresión leve, y también
para aquellas personas en tratamiento farmacológico para depresiones más
agudas. Aumentar los niveles de serotonina de una forma sana e inocua está a
nuestro alcance.
En cualquier caso, una alimentación rica en B9, e incluso
algún suplemento que contenga esta vitamina puede mejorar nuestro bienestar. ¿Por
qué no probarlo?.
¿Qué pasaría si pudiéramos
tomar una pastilla que mejorara nuestras capacidades cognitivas? ¿Y si esta pastilla
pudiera ayudar a aprobar un examen, trabajar de manera más eficiente, y ser verdaderamente
multitarea?. En entornos de alta exigencia profesional, el uso de nootrópicos,
o "drogas inteligentes", por personas sanas normales, se ha convertido
en un lugar común. Pero, ¿qué son estos fármacos reclamados para mejorar la
función cerebral? y ¿son seguros?
Durante siglos, nuestra
civilización ha utilizado diversas sustancias para mejorar las funciones
cognitivas. Las antiguas civilizaciones usaron alucinógenos en un esfuerzo por
mejorar la comunicación con sus dioses. Hoy en día, la cafeína se consume
comúnmente para aumentar la vigilia. Durante la última década, algunas personas
han estado experimentando con estimulantes y activadores del glutamato para
explorar sus habilidades como potenciadores cognitivos. Esta es la principal
hipótesis de la “optimización neuronal”: si un medicamento es eficaz para
mejorar las capacidades cognitivas en personas con dificultades de funciones
cognitivas y motoras, en trastornos como el Alzheimer, el Parkinson, la
enfermedad de Huntington, o el ADHD (Trastorno por déficit de atención con
hiperactividad), entonces las personas
sanas normales ¿no tendrían incluso más mejoras en las capacidades cognitivas,
como la memoria, la creatividad, la motivación y las funciones ejecutivas?
La película Sin
Límites dio a conocer a los nootrópicos cuando
se mostró el poder de un fármaco inteligente para desbloquear el potencial del
cerebro. Por supuesto, no hay tal píldora que nos pueda transformar en un superman.
Pero, existe un gran interés en encontrar la manera de hacer precisamente eso:
mejorar la función cerebral. Y ¿cual es la ciencia detrás de los nootrópicos?
Honestamente, no hay demasiada. Sólo un
puñado de estudios han investigado el uso, el efecto y el funcionamiento de los
potenciadores cognitivos en la vida cotidiana de los individuos sanos.
Tal vez el ejemplo
más conocido de un fármaco nootrópico es el metilfenidato, más comúnmente
conocido como Ritalin. Este psicoestimulante se prescribe típicamente para
tratar a individuos con TDAH (Trastorno por déficit de atención con
hiperactividad) para que puedan mantener la concentración en una tarea. Sin
embargo, también es utilizado por los estudiantes sanos como una ayuda para el
estudio y para la realización de exámenes.
¿Cómo funciona el metilfenidato? Este fármaco
bloquea la recaptación de la dopamina y la norepinefrina en la neurona
presináptica. Normalmente, después de que la dopamina sea liberada en la hendidura
sináptica, se transporta de vuelta a la neurona presináptica para una liberación
posterior; cuando se inhibe la recaptación de la dopamina, esta se acumula en
la hendidura sináptica, y continúa uniéndose a los receptores postsinápticos,
manteniendo la excitación de la red neuronal en la que participa. Por lo tanto,
cuando una persona toma Ritalin, experimenta unos efectos del aumento de la
neurotransmisión de la dopamina y la norepinefrina mucho más largos de lo
normal, que incluyen el aumento del estado de alerta, la disminución de la
fatiga, y la mejora de la atención, exactamente los efectos de los que se beneficia una persona con TDAH.
Pero ¿cuáles son sus
efectos en un cerebro normal? Numerosos estudios en animales han demostrado que
los efectos dependen de la dosis. Altas dosis de metilfenidato en ratas
adultas sanas han causado un aumento de la actividad locomotora y un deterioro
de las habilidades de atención; las dosis moderadas mejoran las capacidades
cognitivas y reducen la actividad motora; y las dosis muy bajas aumentan las
habilidades de atención, sin afectar la actividad motora (Mehta et al., 2001).
¿Por qué se producen
esas variaciones en la eficacia?. La respuesta tiene que ver con lo bien que la
dopamina y la norepinefrina se unen a sus receptores. Cuando los niveles son
óptimos, la dopamina se une a sus receptores D1 y la norepinefrina se une a sus
receptores a2 con alta afinidad en la corteza prefrontal, donde ayuda
eficientemente con las funciones ejecutivas. A niveles más altos, la dopamina
comienza a unirse también a los receptores D2 y la norepinefrina se une a los
receptores a1 y beta, que en conjunto disminuyen la capacidad de las neuronas
en la corteza prefrontal para hacer lo que tienen que hacer (Arnsten y Li,2005).
¿Si acertamos con la
dosis ya hemos encontrado la fórmula mágica?. Incorrecto. A largo plazo, los efectos
secundarios del uso de metilfenidato pueden ser muy profundos, especialmente en
adultos y adolescentes jóvenes, que son los que abusan comunmente de este
fármaco, y el uso prolongado de estos
fármacos puede causar cambios permanentes en el cerebro. Estudios en ratas
jóvenes han demostrado que los tratamientos prolongados con metilfenidato pueden
reducir de forma permanente la actividad de las neuronas excitadoras en la
corteza prefrontal, dañando severamente las capacidades cognitivas de los
sujetos. (Urban et al., 2012).
En la era de la
"neurología cosmética", donde estamos tratando de mejorar nuestro
cerebro, los riesgos del uso de drogas como el metilfenidato como potenciadores
cognitivos a menudo se pasa por alto o se piensa que los beneficios inmediatos
compensan el riesgo. Si bien el uso de algunos "potenciadores
cognitivos", como Adderall (dextroanfetamina) y Provigil (modafinilo), son
controvertidos, la mayoría de los nootrópicos utilizados habitualmente son a
menudo mezclas de suplementos y estimulantes socialmente más aceptables, tales
como los componentes del chocolate y el café. Estas pilas nootrópicas tienen
como objetivo aumentar funciones específicas, como la agudeza y la
concentración, o la cognición.
El riesgo de
utilizar suplementos como nootrópicos es que están muy poco regulados. Se
podría pensar que existen algunas normas que regulan este tipo de "drogas
inteligentes", ya que tienen pautas muy estrictas para otros tipos de
drogas, pero estas reglas no se aplican a los complementos. Y esta falta de
control sobre su composición y dosificación puede crear serios problemas.
Dejando los riesgos
aparte, ¿funcionan? En este momento, los efectos de potenciación del cerebro
por los nootropicos no se han probado científicamente, pero algunos estudios
clínicos han demostrado que ciertos compuestos pueden aumentar la memoria a
corto plazo, reducir el tiempo de reacción, y mejorar la percepción espacial.
Por ejemplo, algunos estudios han demostrado que la teanina, un aminoácido que
se encuentra comúnmente en el té verde, puede ser neuroprotector (investigado por Kakuda, 2011), y podría aumentar los efectos de la cafeína sobre la
velocidad y la precisión del procesamiento de la información. Aún así, no está
claro si los principales efectos producidos por estos brebajes son reales o simplemente
un efecto placebo.
Claramente, hay que
aumentar la investigación para determinar la eficacia y seguridad de los
fármacos inteligentes, y hay que hacerlo rápidamente, ya que más y más personas
se están enamorando del potencial de mejora de la cognición que los nootrópicos
ofrecen.
Basado en http://knowingneurons.com/2016/05/25/smart-drugs/
Las neuronas que se activan juntas, realmente se conectan
entre sí, según un nuevo estudio publicado en la revista Science, lo que
sugiere que el ordenador de kilo y medio dentro de nuestro cráneo podría ser
más maleable de lo que pensamos.
Neurocientíficos de la Universidad de Columbia han
demostrado que un conjunto de neuronas entrenadas para activarse al unísono,
podrían reactivarse incluso un día más tarde, únicamente activando una neurona
del conjunto. Aunque se necesita más investigación, sus resultados sugieren que
estas agrupaciones de neuronas activadas pueden formar los bloques de
construcción básicos del aprendizaje y la memoria, como se había planteado en
la hipótesis del psicólogo Donald Hebb en la década de 1940.
La construcción de nuevas redes neuronales en el cerebro
La hipótesis de Donald Hebb de que la coactivación de las
neuronas conduce a la formación de conjuntos de neuronas, ha inspirado a los
neurocientíficos durante décadas. La creación experimental de tales conjuntos
ha sido un desafío técnico. Utilizando la estimulación optogenética de dos
fotones con resolución de células individuales, el investigador Carrillo-Reid y
sus colaboradores descubrieron que la activación recurrente de un grupo de
neuronas crea un conjunto neuronal que se imprime en los circuitos cerebrales.
La activación de una sola neurona puede llevar a la activación de todo el
conjunto neuronal en un fenómeno llamado “establecimiento de patrón”. El
conjunto neuronal artificial persiste durante días y puede ser reactivado en
plazos de tiempo posteriores, sin
interferir con el circuito endógeno.
Los conjuntos neuronales son grupos coactivos de neuronas
que pueden representar unidades básicas de los circuitos corticales. Estos
conjuntos se podrían formar según la plasticidad de Hebb, por la que se
refuerzan las sinapsis entre las neuronas coactivas. Un estudio del Laboratorio
del Dr. Yuste muestra que la activación repetida, mediante la optogenética de
dos fotones, de poblaciones neuronales pertenecientes a conjuntos neuronales,
en la corteza visual de ratones despiertos, construye conjuntos neuronales que
se reeditan de forma espontánea después de haber sido impresos y no
perturban a los preexistentes. Además,
los conjuntos neuronales impresos se pueden recuperar mediante la estimulación
de una única neurona y permanecen coactivos en los siguientes días. Sus
resultados demuestran que la reconfiguración persistente de los circuitos
corticales por la optogenética de dos fotones en conjuntos neuronales puede
provocar un “establecimiento de patrón”.
Los investigadores “reprograman” un conjunto de
neuronas con un fino haz de luz.
En esta foto de neuronas de ratón en vivo, se utilizaron técnicas de imagen de calcio para registrar la activación de neuronas individuales y sus pulsos de electricidad. (Laboratorio de Yuste / Universidad de Columbia)
"Siempre pensé que el cableado del cerebro era
básicamente inalterable", comentó el autor principal del estudio, el Dr.
Rafael Yuste, profesor de neurociencia en la Universidad de Columbia.
"Pero entonces vi los resultados y dije '¡No puede ser, todo esto es maleable!".
Estamos hablando de un ordenador plástico que está en constante aprendizaje y
cambio. "
En una investigación realizada en Columbia, los
investigadores fueron capaces de controlar y observar el cerebro de un ratón
vivo usando las herramientas optogenéticas que han revolucionado la
neurociencia en la última década. Un virus modificado por ingeniería genética,
que contiene ADN para producir proteínas sensibles a la luz, se inyectó a un
ratón de forma que llegara a las células específicas de su cerebro. Una vez
dentro de una neurona, las proteínas generadas sensibles a la luz permitieron a
los investigadores activar remotamente a
las neuronas que producían esta proteína mediante haces de luz, como si
utilizaran un mando a distancia.
Al ratón se le dejó correr libremente en una cinta
mientras que su cabeza se mantenía bajo un microscopio. Con un láser, los
investigadores irradiaban luz a través de su cráneo para estimular un pequeño
grupo de células en la corteza visual. Con un segundo láser, grabaron el aumento de los niveles de calcio en cada
neurona conforme se iba activando, recogiendo de este modo imágenes de la
actividad de las células individuales.
En el vídeo de arriba, las neuronas que eran estimuladas
repetidamente con el haz de luz formaban un conjunto neuronal que trabajaba
conjuntamente. Podían ser reactivadas
como grupo, estimulando una única neurona del grupo, incluso hasta un día más tarde. Los experimentos se
detallan en un nuevo estudio publicado en la revista Science. (Yuste Lab /
Universidad de Columbia)
Antes de la optogenética, los científicos tenían que
abrir el cráneo e implantar electrodos en el tejido vivo para estimular las
neuronas con electricidad y medir su respuesta. Incluso un cerebro de ratón de
100 millones de neuronas, casi una milésima del tamaño de la nuestra, era
demasiado denso para obtener imágenes de calidad de los grupos de neuronas.
Rafael Yuste y sus colegas en la Universidad de
Columbia consiguieron excitar conjuntos
de neuronas individuales, seleccionadas al azar en la corteza visual de ratones
vivos, mediante la estimulación de dos fotones, mientras los animales corrían
en una cinta rodante. Los investigadores pudieron distinguir entre las neuronas
que se estimularon directamente por la luz y el grupo de neuronas que se
activaban indirectamente. Tras la
estimulación repetida mediante haces de luz, los investigadores observaron que
el mismo grupo de neuronas se activaba tras la emisión del haz de luz. Esta
agrupación de neuronas inducida artificialmente era diferente de otros
conjuntos de células que se activaban como resultado de un estímulo visual no
provocado optogenéticamente utilizado de control.
La Optogenética ha permitido a los investigadores entrar
en el interior del cerebro de forma no invasiva y controlar su actividad de
forma mucho más precisa. En la última década, los investigadores han restaurado
la vista y la audición a ratones ciegos o sordos, y han transformado en
normales a ratones agresivos, mediante la manipulación de regiones específicas
del cerebro.
El avance que permitió a los investigadores reprogramar
un grupo de células en el cerebro es la culminación de más de una década de
trabajo. Con muestras de tejido de la corteza visual del ratón, Yuste y sus
colegas demostraron en un estudio realizado en 2003 publicado en la revista
Nature que las neuronas coordinan su activación en pequeñas redes llamados
conjuntos neuronales. Un año más tarde, demostraron que los conjuntos se
activaban en patrones secuenciales en el tiempo.
A medida que mejoraban las técnicas para el control y la
observación de las neuronas en los animales vivos, descubrieron que estos
conjuntos neuronales están activos incluso sin estimulación. Utilizaron esta
información para desarrollar algoritmos matemáticos para encontrar conjuntos
neuronales en la corteza visual. Fueron capaces de mostrar, como lo habían
hecho en las anteriores muestras de tejido, que los conjuntos neuronales en
animales vivos también se activan uno tras otro en patrones secuenciales.
Estimulando los Circuitos Neuronales en el cerebro de
ratón.
Con haces de luz,
los investigadores pueden convencer a un grupo de neuronas en la corteza visual
de ratones vivos de que se activen conjuntamente.
Un grupo de neuronas estimuladas en los ratones despiertos con un estímulo visual (izquierda) comparado con el grupo de neuronas estimuladas a través de la optogenética (derecha)
Según el co-autor del estudio, Luis Carrillo-Reid,
estudiante postdoctoral en el laboratorio del Dr. Yuste, la idea para este
estudio nació de un experimento de control para asegurarse de que la técnica que
utilizaban de estimulación de dos fotones podría estimular de forma fiable las
mismas pocas neuronas. "Consistentemente vimos que cuando estimulábamos la
misma área de la corteza cerebral varias veces, el mismo grupo de neuronas se
activaba de forma simultánea. Esto nos llevó a preguntarnos si estábamos
creando un nuevo circuito en el cerebro"
Después de que el equipo estimulara repetidamente agrupaciones de neuronas asociadas con el
conjunto neuronal de nueva creación que se activaba conjuntamente, la
estimulación adicional de células individuales dio como resultado la activación
de ese mismo conjunto en el 64,5 % del
tiempo a lo largo de dos días consecutivos.
Comparando los grupos de neuronas estimuladas por la luz
con neuronas activadas de forma natural dentro de la corteza visual, el equipo
encontró que ambos contenían cantidades similares (entre 10 y 20 neuronas) y
mostraron distribuciones similares en todo el cerebro. Pero la distancia media
entre las neuronas dentro del conjunto estimulado artificialmente era más
corta.
La estimulación lumínica de sólo el 8 por ciento de las
neuronas dentro de un conjunto inició la activación de todo el grupo de
células, lo que abre la cuestión de que es lo que hace que estas células sean
únicas. ¿Estas células muestran una conectividad mas robusta, y son "más
fuerte, digamos, cuando se trata de recordar?"
Otra pregunta abierta es si la activación neuronal
concertada observada significa que las sinapsis se han formado de novo o que
las sinapsis existentes se han fortalecido como resultado de la
fotoestimulación.
El Dr. Daniel Javitt, profesor de psiquiatría en la
Universidad de Columbia Medical Center, que no participó en el estudio, dice
que el trabajo podría ser utilizado para restaurar los patrones normales de
conexión en el cerebro de las personas con epilepsia y otros trastornos
cerebrales. Sin embargo, hay grandes obstáculos técnicos que tendrían que ser superados antes de que las técnicas de optogenética se puedan aplicar a los seres humanos.
Emparejando la tecnología de estimulación de dos fotones
con la tecnología de obtención de imágenes de calcio de dos fotones, los
investigadores pudieron documentar cómo las células individuales respondían a
la estimulación mediante un haz de luz. Aunque en estudios previos se han activado
y registrado células individuales, ninguno ha demostrado que un conjunto de
neuronas pudiera ser activado conjuntamente para imprimir lo que llaman un
"microcircuito neuronal" en el cerebro de un animal vivo.
"Si usted me hubiera dicho hace un año que podría
estimular 20 neuronas en un cerebro de
ratón de 100 millones de neuronas y alterar su comportamiento, yo le hubiera
dicho que de ninguna manera”, explicó Yuste. "Es como la reconfiguración
de tres granos de arena en la inmensidad de una playa."
Los investigadores creen que la red de neuronas activadas
que han creado artificialmente puede haber implantado una imagen completamente
desconocida para el ratón. Ahora están desarrollando un estudio de comportamiento
para tratar de demostrarlo. A Carrillo-Reid,
Yuste, y sus colegas les gustaría probar si estos conjuntos de neuronas estimulados
artificialmente pueden alterar el comportamiento animal. "El hecho de que
podamos escribir una nueva actividad en el cerebro no quiere decir que estemos
escribiendo una nueva memoria"
Esta investigación es parte de un proyecto norteamericano denominado
Iniciativa BRAIN que surgió de una propuesta anterior de Yuste y sus colegas
para desarrollar herramientas para el mapeo de la actividad cerebral de las moscas
de la fruta a los mamíferos más complejos, incluidos los humanos.
Otros autores del estudio son Weijan Yang, Yuki Bando y
Darcy Peterka, todos investigadores del Laboratorio de Yuste en Columbia. Los
investigadores recibieron el apoyo del National Eye Institute, del National
Institute of Mental Health, de la Defense Advanced Research Projects Agency y del
U.S. Army Research office and laboratory.
Publicación Original en Science: L. Carrillo-Reid et al.,
“Imprinting and recalling cortical ensembles,” Science,doi:10.1126/science.aaf7560,
2016.
El Alzheimer es una enfermedad muy compleja y que claramente
viene determinada por factores genéticos y ambientales. Todavía no nos es
posible actuar sobre los factores genéticos que determinan nuestra
predisposición a sufrir ciertas enfermedades, menos aún las que afectan a
nuestra salud mental dado el bajo nivel de conocimiento que los científicos
tienen en la actualidad sobre la determinación genética del cerebro.
Pero sí que se conoce, básicamente a través de estudios
epidemiológicos, el cómo algunos factores del comportamiento afectan a la
aparición y al desarrollo de una de las enfermedades que mas está creciendo en
nuestra sociedad actual. El Alzheimer es la forma de demencia más común, que
afecta a unos 36 millones de personas en todo el mundo. El gran factor de
riesgo para sufrir Alzheimer es la edad, y la probabilidad de desarrollar esta
enfermedad se dobla cada cinco años a partir de los 65. Por tanto, conforme
aumenta la longevidad de la población, lo hace también el volumen de enfermos.
El gran drama para los afectados por esta enfermedad viene
del hecho de que las compañías farmacéuticas, que están invirtiendo inmensas
cantidades de dinero en la búsqueda de un fármaco eficaz, todavía no han
conseguido encontrar ninguno que sea realmente efectivo en humanos.
Por ello, es tan relevante encontrar factores en nuestra
forma de vida que reduzcan o dilaten el riesgo de desarrollar Alzheimer. ¿Y
cuales podrían ser estos factores?
Mantener una dieta adecuada: Probablemente resulta
familiar la idea de que el pescado es un buen "alimento para el
cerebro", debido a que es rico en aceites omega, pero, de hecho, hasta
ahora la evidencia es contradictoria y no concluyente. Sin embargo, nadie duda
de los beneficios de mantener una dieta sana y equilibrada, ya que previene el
aumento de peso excesivo y es importante para una buena salud cardiovascular. Y
aunque todavía no está claro si vale la pena gastar dinero en suplementos de
aceite de pescado, hay buena evidencia de que la adhesión a una dieta
mediterránea puede reducir la tasa de deterioro cognitivo relacionado con la
edad y reducir el riesgo de Alzheimer.
Dormir bien: Los trastornos del sueño están
vinculados a la enfermedad de Alzheimer y otras enfermedades
neurodegenerativas, así como a los trastornos neuropsiquiátricos tales como la
ansiedad, el estrés y la depresión. En la mayoría de estas condiciones, los
trastornos del sueño parecen surgir décadas antes que otros síntomas, y pueden
ser la más temprana manifestación que podemos observar. Toda la evidencia
sugiere que la relación es bidireccional, es decir, unos pobres patrones de
sueño pueden conducir a cambios cerebrales patológicos, que a su vez pueden
exacerbar los trastornos del sueño.
Ejercitar su cerebro: El cerebro es como un
músculo que necesita ser tensado con regularidad para mantenerse en buen estado
de funcionamiento. No hay evidencias de que los caros programas de
entrenamiento cerebrales que se anunciantengan un resultado apreciable para la salud general del cerebro, pero
sí que existe alguna evidencia de que mantener el cerebro activo, leyendo,
haciendo rompecabezas, o aprendiendo un nuevo idioma o un instrumento musical
podría retrasar la aparición de la enfermedad de Alzheimer y otras formas de
demencia.
Ejercitar su cuerpo: Lo que es bueno para el
corazón es bueno para el cerebro, y así el mantener una buena salud
cardiovascular es esencial para un cerebro sano. Lo más importante para
mantener el corazón sano es dejar de fumar. También lo es hacer ejercicio con
regularidad. Esto no sólo reduce el riesgo de enfermedades del corazón y la diabetes,
sino que también reduce el riesgo de sufrir un accidente cerebrovascular.
Ir a clase: La educación tiene un efecto
neuroprotector. Hay buena evidencia de que a mayor nivel de educación de una
persona, menor es el riesgo de desarrollar la enfermedad de Alzheimer, y mejor
es capaz de hacer frente a la enfermedad cuando se desarrolla. Del mismo modo,
cuanto más educada es una persona, mejor va a recuperarse después de un derrame
cerebral u otra lesión cerebral.
Mantenerse motivado: Al igual que con la
educación, tener un propósito en la vida, u orientarse hacia la consecución de
un objetivo específico, también tiene un efecto neuroprotector. Todavía no se
sabe exactamente el por qué. Lo que sí parece claro, sin embargo, es que nunca
es demasiado tarde para volver a clase o aprender una nueva habilidad, y que la
motivación de uno mismo para hacerlo puede ser beneficioso para el cerebro.
Si bien cada uno de los factores enumerados
anteriormente se ha demostrado que influyen en el riesgo de
Alzheimer, muchos de los efectos observados son muy
sutiles. Puede darse el caso de que las combinaciones
de estos factores tengan un efecto acumulativo en la
reducción del riesgo de Alzheimer, pero esto aún está por verse, ya
que gran parte de la investigación de los
llamados factores de riesgo modificables se encuentra todavía
en su infancia.
Mientras aumenta el conocimiento, tanto de la causa que
provoca la aparición de la enfermedad de Alzheimer, como del tratamiento
adecuado para evitar o paliar su desarrollo, el tener en cuenta estos factores
nos ayudará a poner nuestro granito de arena.
Durante gran parte de la historia de la investigación del
cerebro, ha sido casi imposible probar con precisión las ideas acerca de cómo funciona el cerebro. Cuando
tenemos cualquier sistema biológico tan complejo, pero sobre todo el cerebro,
¿Por dónde empezar?
Entre los científicos, Karl Deisseroth es conocido por su
desarrollo de la Optogenética, una tecnología que hace que las células
cerebrales individuales sean fotosensibles de forma altamente específica. Esas
células pueden ser activadas mediante destellos de luz emitidos a través de un cable
de fibra óptica. La optogenética ha dado a los investigadores un acceso sin
precedentes al funcionamiento del cerebro,
lo que les permite no sólo observar su circuitería neuronal precisa en animales
de laboratorio, sino también controlar el comportamiento a través de la
manipulación directa de las células específicas. Deisseroth, uno de los raros
neurocientíficos que también están practicando la psiquiatría, ha hecho que la
enfermedad mental sea un foco importante de su investigación optogenética.
Otros científicos de todo el mundo están utilizando el método para investigar
algunos de los enigmas más persistentes de la neurociencia, incluida la
cuestión fundamental de cómo el cerebro físico, los casi cien mil millones de
neuronas y sus multitudinarias conexiones, dan lugar a la mente: el
pensamiento, el estado de ánimo, el comportamiento, la emoción.
A finales del siglo XVIII, el médico italiano Luigi Galvani
se dio cuenta de que la electricidad estática podría inducir a moverse a la
pierna de una rana muerta. Por primera vez, los científicos entendieron que el
sistema nervioso opera bajo la influencia de la actividad eléctrica. Pero no fue hasta la década de los
años veinte del siglo pasado que un investigador suizo, Walter R. Hess,
utilizando cables implantados para estimular el cerebro de los gatos, mostró
que la emoción y el comportamiento también surgen de los impulsos eléctricos en
el cerebro. Mediante la estimulación de diversas regiones del cerebro, Hess
indujo reacciones diferentes: por ejemplo, se podía conseguir que un gato se
pusiera a la defensiva, tal como se muestra cuando se enfrenta a un perro.
En la década de los años cincuenta, un fisiólogo español en
Yale, José Manuel Rodríguez Delgado, llevó a cabo experimentos realizados con
electrodos implantados en el cerebro de sujetos humanos, utilizando un
dispositivo que él había inventado, llamado "stimoceiver", un
electrodo del tamaño de medio euro,
operado por control remoto. Delgado utilizó el stimoceiver en unos
veinticinco pacientes, la mayoría de ellos epilépticos y esquizofrénicos en un
hospital mental en Rhode Island, e informó que era "posible inducir una
gran variedad de respuestas, desde efectos motores a las reacciones emocionales
y manifestaciones intelectuales." los experimentos provocaron indignación
cuando se hicieron públicos, y Delgado los interrumpió y regresó a España.
Las preocupaciones éticas inherentes a la implantación de
electrodos en cerebros humanos dieron paso, a principios de los años noventa, a
la adopción de una tecnología de imágenes cerebrales completamente no invasivas:
imágenes de resonancia magnética funcional, o fMRI. Esta tecnología jugó un
papel decisivo en el fortalecimiento de la teoría de que el cerebro se divide
en regiones discretas, responsables de diferentes aspectos de la conducta. La
tecnología utiliza potentes imanes para detectar cambios en el flujo sanguíneo
en el cerebro en sujetos que están expuestos a diversos estímulos, como imágenes,
sonidos, o pensamientos. Las regiones activadas se pueden presentar en una
pantalla como manchas luminosas de color. Pero el fMRI tiene severas
limitaciones. Existe un lapso de tiempo, y diferentes eventos neuronales que se
producen distanciados por un segundo o incluso algo más, pueden aparecer
solapados, lo que es una gran dificultad para el estudio de un órgano que
trabaja a una velocidad de milisegundos. Tampoco puede el fMRI revelar lo que
las células del cerebro están haciendo en realidad. La técnica registra la actividad
sólo en la escala de cientos de miles de neuronas, y una zona iluminada podría
representar cualquier número discreto de procesos neuronales. Dada esta falta
de precisión, incluso algunos de los defensores de la fMRI se muestran poco
entusiastas con sus resultados.
Para analizar el papel de pequeños grupos de neuronas, los
científicos se han basado en un método no muy diferente del que Hess utilizó
con sus gatos: la estimulación de áreas cerebrales específicas, en animales de
experimentación, con electrodos delgados. Debido a que los electrodos hacen
pasar la corriente a través del tejido cerebral, estimulando la actividad de
áreas no deseadas, los investigadores utilizan un fármaco para suprimir la
actividad neuronal. Pero el método es engorroso y requiere mucho tiempo.
En 2005, Deisseroth publicó su primer artículo sobre lo que
llegó a ser conocido como la optogenética. Debido a que la tecnología permite a
los investigadores no sólo desencadenar la actividad de las células a la
velocidad a la que el cerebro funciona realmente, sino también seleccionar las
células diana en regiones, como la amígdala, donde hay poblaciones mixtas de
cientos de tipos de células, la optogenética ofrece un impensable nivel de
precisión experimental. En la actualidad, la optogenética sólo se puede
utilizar en animales como ratones y ratas, cuyas funciones asociadas con las
emociones elementales, como el miedo, la ansiedad y la recompensa del cerebro,
son similares a las de los humanos. Pero el trabajo de Deisseroth apunta a que algún
día podría ser posible utilizarlo en humanos.
Christof Koch, el Director Científico del Instituto Allen
para la Ciencia del Cerebro, en Seattle, calificó a la optogenética como uno de
los acontecimientos más trascendentales en la neurociencia en los últimos
sesenta años, partiendo del trabajo original de tinción de tipos de células, a
finales del siglo XIX, siguiendo con el uso de electrodos en los años cincuenta
y sesenta, y hasta la llegada de la fMRI. Según Koch, la optogenética es la
cuarta ola. Ahora podemos comenzar a intervenir en las redes cerebrales de una
manera muy delicada, deliberada y específica. Los experimentos han arrojado luz
sobre muchas funciones del cerebro, incluyendo el aprendizaje, la memoria, el
metabolismo, el hambre, el sueño, la recompensa, la motivación, el miedo , el
olfato y el tacto.
Pero sigamos la historia paso a paso. Karl Deisseroth se
graduó en la escuela secundaria a los dieciséis años y ganó una beca para la
Universidad de Harvard, donde planeaba formarse en escritura creativa. En su
lugar, terminó recibiendo un grado en bioquímica, y fue admitido, a la edad de
veinte años, a un programa de doctorado combinado en Stanford. Motivado por el
deseo de entender mejor la naturaleza humana, decidió seguir su Doctorado en Neurociencia.
Para su doctorado, estudió cómo la actividad en las sinapsis
de las neuronas afecta al núcleo e influencia la expresión de los genes, un tema
muy especializado pero que es fundamental para un aspecto importante del ser
humano: la memoria. Había evidencias en investigaciones anteriores de que los
cambios en la expresión génica eran importantes para cosas como el
almacenamiento de la memora a largo plazo. La tesis de Deisseroth, que completó
en 1998, dio lugar a artículos en las revistas Neuron y Nature.
Karl Deisseroth había previsto inicialmente convertirse en
un neurocirujano, pero cambió de opinión después de hacer una rotación
obligatoria de cuatro semanas en psiquiatría, donde su primer paciente era el
hombre esquizoafectivo. Deisseroth le prescribió potentes medicamentos
antipsicóticos y estabilizadores del ánimo, pero el hombre seguía estando
demasiado superado por el trastorno como para dejar la sala de psiquiatría.
Deisseroth quedó a la vez decepcionado y fascinado. Fue agarrado por lo
desconocido. Estaba muy lejos de un atisbo de comprensión.
A Deisseroth le frustraba que la visión de la psiquiatría de
los trastornos más difíciles de tratar –la depresión severa, la esquizofrenia,
el autismo- estuviera limitada por una falta fundamental de comprensión de cómo
funciona el cerebro. Un cardiólogo puede explicar a un paciente el daño en su
músculo cardiaco. Con la depresión, no se puede decir lo que realmente es. Los
médicos pueden dar medicamentos de diferentes clases, poner electrodos y
estimular diferentes partes del cerebro y ver cambios en el comportamiento, pero no hay un
entendimiento a nivel de los tejidos. Ese problema lo ha enmarcado todo. ¿Cómo
podemos construir herramientas que mantengan el tejido intacto pero nos permita
ver y controlar lo que está pasando?
En 1979, Francis Crick, codescubridor de la doble hélice,
publicó un artículo en la revista Scientific American en la que él presentó sus esperanzas para el futuro de la ciencia
del cerebro. Los neurocientíficos ya estaban rutinariamente utilizando
electrodos para estimular el cerebro, pero Crick, teniendo en cuenta la
imprecisión del método, buscaba una herramienta que permitiera a los
investigadores activar y desactivar neuronas específicas, manteniendo intactas
los demás tipos de células. En un artículo posterior, sugirió una manera de
lograrlo: "Esto parece bastante inverosímil, pero es concebible que los
biólogos moleculares pudieran diseñar un tipo de célula particular sensible a
la luz."
Resultó que la clave para la ingeniería de una célula de
este tipo ya se había descubierto, a principios de los años setenta, cuando un
bioquímico alemán llamado Dieter Oesterhelt describió la primera opsina
microbiana. Las opsinas son proteínas sensibles a la luz que se encuentran
entre otros lugares en la naturaleza, en los fotorreceptores del ojo. La opsina
de Oesterhelt era de una bacteria unicelular que vive en lagos de alta salinidad
en Egipto y Kenia, y sobrevive a su ambiente hostil mediante la conversión de
la luz en energía. El descubrimiento de Oesterhelt provocó una ola de
investigación en los laboratorios de todo el mundo, pero nadie suponía que los
genes de una bacteria unicelular pudieran ser transportados para que
funcionaran en un cerebro de mamífero.
Son tan diferentes
las células microbianas y nuestras células, trabajan de forma tan diferente, desde la forma en que las proteínas
se transportan de un lugar a otro, a cómo se almacenan las cosas, se empaquetan,
o se envían a la superficie de la célula, que esta opción parecía una quimera.
En 2002, Gero Miesenbock, del Memorial Sloan Kettering
Cancer Center, en Nueva York, se convirtió en el primer investigador que utilizó
una opsina para hacer que una célula cerebral fuera sensible a la luz. Utilizó
una opsina tomada de la retina de una mosca de la fruta. Miesenbock es
considerado uno de los padres de la optogenética, y en 2013 compartió un premio
importante, el Brain Price, con Deisseroth y varios otros. La opsina de la mosca
de la fruta requiere tres proteínas que actúan en conjunto para conseguir que
la célula se ilumine. Adaptar el experimento al cerebro de un animal vivo, lo que
significaría importar el código genético para cada una de las tres proteínas,
es una tarea altamente difícil.
En 2003, un grupo de investigadores alemanes anunció el
descubrimiento de una nueva opsina microbiana, derivado de un alga verde que
crece en estanques. Cuando se introduce en las células embrionarias de riñón
humano, la opsina hace que las células respondan a destellos de luz azul.
Deisseroth reconoció el descubrimiento como potencialmente revolucionario. A
diferencia de la opsina de la mosca de
la fruta, la nueva opsina, la canalrodopsina-2, o ChR2, convierte la luz en electricidad en un solo paso, prácticamente
a la velocidad de los impulsos eléctricos en el cerebro.
Durante unos años, Deisseroth había estado elucubrando
acerca del uso de las opsinas para obtener neuronas sensibles a la luz en un
animal vivo, idea compartida por algunos otros investigadores y que fue
propuesta en Stanford, al colectivo que incluía a un estudiante graduado
llamado Ed Boyden. Pero era muy probable que fuera imposible modificar las células del cerebro, que son mucho más
complejas y frágiles que las células de riñón que el equipo alemán utilizó. Para
muchos científicos, el riesgo de pérdida de tiempo y dinero era demasiado
grande.
En el verano de 2004, Deisseroth abrió su propio laboratorio
de la Universidad de Stanford, y contrató a un estudiante de doctorado
brillante llamado Feng Zhang, que en su adolescencia había trabajado en un
laboratorio de terapia génica. Zhang parecía la persona ideal para hacer el
delicado trabajo de introducción de la opsina obtenida de los estanques en una
célula cerebral. La opsina tendría que ser introducida “de contrabando” en la
célula usando un virus, pero a una concentración que no matara a la neurona.
El laboratorio de Deisseroth aisló una neurona de rata en
una placa de Petri, y Zhang eligió un lentivirus benigno para introducir la
opsina en la célula. Deisseroth alistó a Ed Boyden para realizar las pruebas en la célula tratada. Cuando Boyden iluminó
el cultivo con la luz azul, la célula produjo fuertes potenciales de acción,
los picos de actividad eléctrica que las
neuronas utilizan para comunicarse. Después de un año de experimentos, el
equipo había creado la primera tecnología fiable del mundo para la generación
de neuronas sensibles a la luz que funcionaban a la velocidad del cerebro.
Pero Deisseroth se lo tomó con calma. No estaba claro que
esto fuera a funcionar para lo que realmente importaba, no sólo un experimento
de juguete en un plato, sino para realmente controlar el comportamiento de un
animal vivo de una manera que nos pudiera enseñar que es lo que el cerebro
estaba haciendo realmente en cada momento. En efecto, cuando el equipo presentó
un artículo anunciando sus resultados en las revistas Science y Nature, las dos
revistas alabaron el ingenio del experimento, pero no vieron ninguna aplicación
práctica, y lo rechazaron. Cuando el artículo fue finalmente publicado en la
revista Nature Neuroscience, en agosto de 2005, la comunidad científica no
estaba segura de que la técnica pudiera alguna vez llegar a funcionar en un
animal vivo.
Deisseroth y sus colegas se enfrentaron entonces a una serie
de desafíos. Trabajaron para introducir
las opsinas en células específicas del cerebro asociadas con,
por ejemplo, el sueño o la memoria o la ansiedad. Por último, idearon un medio
para la fijación de pequeños fragmentos de ADN a las opsinas, que actuaban como
una contraseña, asegurando que se introducirían sólo en las células correctas.
Luego tuvieron que encontrar una manera de hacer llegar destellos de luz a las
regiones profundas dentro del cerebro, y desarrollaron un cable de fibra óptica
conectado a un diodo láser. A finales de 2005, comenzaron los ensayos
preliminares para ver si podían controlar el comportamiento en ratones. En los
primeros experimentos, en células del hipotálamo, una región implicada en el
sueño, engatusaron a los animales para que durmieran en un cuarto oscuro, luego
iluminaron con luz azul el interior de
su cerebro. Los ratones parecía que se
despertaban. El animal parecía contraerse, y a continuación, volverse a dormir,
en un movimiento muy sutil. Pero esta no era la respuesta dramática que habían
esperado.
El siguiente avance científico de Deisseroth fue el
resultado de un truco publicitario. Cuando se extendió la noticia de lo que
estaba ocurriendo en su laboratorio, un reportero del Times solicitó una visita
en el verano de 2007. Para esta visita, se realizó un experimento en el que se
estimulaba la corteza motora de un ratón consiguiendo que este se pusiera a
temblar.
Deisseroth grabó un vídeo que recreaba el experimento. Un
ratón, aparentemente normal, a excepción de un pequeño tubo que sale de la
parte superior de su cabeza, donde está implantado el cable de fibra óptica, filmado desde
arriba, se veía de pie sobre sus patas traseras y husmeando a un lado de su recinto. En el instante en que
aparecía un brillo azul, el ratón comenzaba a dar vueltas en amplios círculos hacia
la izquierda. (El cable de fibra óptica estaba emitiendo luz brillante sobre las neuronas motoras en el
lado derecho del cerebro, que controlan el movimiento en el lado izquierdo del
cuerpo.) En el instante en que la luz se apagaba, el ratón dejaba de correr y
se dedicaba otra vez a husmear. Estaba claro que el comportamiento no era una
respuesta al dolor, ya que el cerebro no tiene receptores de dolor. Mediante la
estimulación de la corteza motora con la luz azul, Deisseroth había transformado
un animal que se movía libremente en algo parecido a un avatar de videojuegos
controlado con un joystick.
El reportero se impresionó lo suficiente para ofrecer el
experimento en su artículo. Esto fue dos años antes de que Deisseroth y otros
investigadores demostraran que la optogenética podría ser más de lo que el
Times había llamado una "versión de ciencia ficción de los estúpidos trucos
con mascotas."
En la primavera de 2009, una estudiante graduada que
trabajaba con Deisseroth, Viviana
Gradinaru, publicó un artículo sobre el uso de
la manipulación optogenética en roedores para definir las conexiones
neuronales precisas afectadas en la enfermedad de Parkinson. Poco después de
eso, Zhang fue co-autor de un artículo en la revista Science que examinaba el
papel que las neuronas altamente específicas de dopamina desempeñan en los
sentimientos de recompensa, resultados estos que tenían un significado especial
en la adicción a las drogas. Dos artículos en la revista Nature mostraron el
papel de las células en la actividad cerebral relacionada con la esquizofrenia
y el autismo. Los artículos aparecieron en rápida sucesión. Eso fue todo lo
necesario para que el mundo científico se convenciera de la validez de la
optogenética.
Muchos científicos escribieron a Deisseroth para solicitar
clones de las opsinas para utilizarlos en sus propios experimentos, y, en los
años posteriores, surgieron las subespecialidades de bioingeniería en el diseño y desarrollo de
nuevas opsinas. Ed Boyden, que dejó Stanford para poner en marcha su propio
laboratorio en el MIT, ya habían demostrado que, mediante destellos de luz
amarilla, una proteína fotosensible relacionada con la que Oesterhelt encontró
en África, podría producir una corriente eléctrica que desactivara la actividad
neuronal. Mediante su uso en conjunto con la opsina de luz azul, los
investigadores pueden jugar con los circuitos neuronales como con un órgano, activando
y desactivando la actividad cerebral a la velocidad real con la que las
neuronas se comunican entre sí, un proceso, según Deisseroth, que ha traído un
extraordinario control a los experimentos diseñados para determinar cómo el
cerebro procesa la información y conduce el comportamiento. Mediante la tinción de las células con proteínas que
brillan fluorescente cuando las neuronas se excitan, los investigadores no sólo
pueden "estimular" comportamientos, mediante la estimulación de las
células cerebrales tratadas optogenéticamente con los destellos de luz de fibra
óptica, sino también "leer" la actividad de circuitos que se activan
cuando a los animales de laboratorio se les somete a ciertas tareas.
Según Gary Lynch, profesor de psiquiatría y comportamiento
humano de la Universidad de California, y un experto en la memoria, la
optogenética se ha convertido en una herramienta indispensable en la neurociencia.
Su tremendo poder es que permite practicar en poblaciones específicas de
neuronas que se mezclan con otros tipos de neuronas y estimulan el tipo que se
quiere estimular, como en algunas partes de la amígdala, donde las neuronas
correspondientes a las emociones, la memoria y la sociabilidad se entremezclan.
El problema con los experimentos anteriores sobre la amígdala, es que cuando se
estimulaba con electrodos y se tenían efectos, no se sabía cual de todas las
poblaciones de neuronas afectadas era la responsable.
Lynch recientemente comenzó experimentos optogenéticos en el
hipocampo, una estructura cerebral profunda, que es crucial a la memoria
narrativa, y que era especialmente difícil de estudiar con los viejos métodos,
a causa de la multitud de "inputs" neuroquímicos de otras partes del
cerebro. Durante años, trataron de entender como estos diferentes inputs afectaban
al hipocampo. Ni con fármacos, ni con estimulación eléctrica se conseguían
buenas respuestas. La optogenética, sin embargo, ofrece una forma ideal para
identificar las neuronas afectadas por esos inputs, activarlas y desactivarlas,
y observar el efecto que ello tiene en la memoria. La investigación podría
tener implicaciones para la adaptación de los medicamentos utilizados para
aliviar las enfermedades neurológicas.
La Universidad de Stanford es conocida por la escasez de su
espacio en el laboratorio, pero en 2012, como Deisseroth era cortejado por
instituciones rivales, la universidad le ofreció un centro de investigación
dedicado en las colinas de Palo Alto. Una estructura blanca y elegante que él
llama El Edificio para Descifrar el Código Neural, y que antes había albergado una empresa de
biotecnología. El vestíbulo está dominado por una escalera central de torsión,
como una cadena de ADN, que une dos pisos llenos de laboratorios, quirófanos
para animales, y las oficinas, donde treinta y cinco estudiantes trabajan bajo
la dirección de Deisseroth.
En un experimento reciente, su laboratorio investigó el
principal síntoma de la depresión: la incapacidad de sentir placer en
actividades que antes se disfrutaban. Los ratones prefieren el agua con azúcar
al agua normal, pero después de unas semanas de lo que Deisseroth define como "estrés leve no doloroso", a los
ratones ya no les importaba si el agua tenía azúcar en ella. Mediante el examen
de las vías cerebrales de ratones que habían sido sometidos al estrés,
Deisseroth trazó las conexiones neuronales específicas que se relacionan con su
apatía, aislando las células y las conexiones pertinentes. Como compartimos con
los roedores muchos de los marcadores de proteínas que definen esas vías, se
espera que los fármacos adaptados a los circuitos específicos eliminarán los
síntomas con una exactitud que no era posible anteriormente. Esa es la
dirección en la que va la psiquiatría clínica, a un tratamiento mas centrado en
los síntomas. Muchos psiquiatras esperan que los medicamentos destinados a
aliviar la enfermedad global de la depresión como el Prozac, cederán el paso a los
fármacos que se dirijan a los síntomas precisos, como la ansiedad, que se produce
en múltiples trastornos.
Importa menos la exacta categoría de la enfermedad en la que
alguien cae. Lo importante es: ¿Cuáles son los síntomas y cuáles son los
medicamentos que ayudan con esos síntomas?
Es posible que la optogenética pueda ser utilizada como una
herramienta terapéutica en los seres humanos, y Deisseroth ha recibido
donaciones destinadas a ese resultado. Con estas donaciones, ha realizado
experimentos para controlar la diferenciación de células madre embrionarias,
con la idea de un día desarrollar la optogenética para el tratamiento de
trastornos cerebrales orgánicos. Publicó varios artículos sobre el tema en
2010. Una gran cantidad de investigadores ha seguido esta línea, pero él ha
seguido adelante, y en la actualidad está centrado en la ciencia básica del
cerebro, donde en su opinión, las oportunidades eclipsan todo lo demás en
términos de impacto. Algunos científicos han imaginado tratamientos que evocan
el stimoceiver de Delgado: El implante de LEDs que se activan con la luz en la
profundidad del cerebro para calmar los síntomas de ansiedad o las
alucinaciones en los esquizofrénicos. Deisseroth advierte que este tipo de
terapias se enfrentan a obstáculos considerables, debido a los efectos
desconocidos de la inyección de virus en el cerebro de pacientes vivos. Pero algunos
médicos ya están buscando posibles tratamientos en los periféricos del sistema
nervioso: los nervios que van a los brazos y las piernas. Si fuera posible
desactivar las fibras del dolor sin afectar el movimiento o las sensaciones
normales, eso supondría un gran impacto en el tratamiento de los pacientes.
Botond Roska, neurocientífico en Basilea, y José-Alain
Sahel, un oftalmólogo en París, están trabajando con la optogenética para
restaurar la vista de los ciegos. Las primeras pruebas han tenido éxito en
ratones y primates. También han probado con retinas humanas de donantes de órganos que habían sido mantenidas con vida, otra
manera de comprobar que estos vectores probablemente funcionaran en sujetos
humanos. Tienen la esperanza de ejecutar los primeros ensayos en humanos en el
próximo año.
Un día, a principios de 2010, Deisseroth estaba en su laboratorio,
disfrutando de unos minutos de paz. La Optogenética finalmente funcionaba como
había esperado. Pero ahora estaba interesado en uno de los problemas más
acuciantes de la neurociencia: cómo crear una imagen detallada de todas las
neuronas del cerebro y sus interconexiones. Los rayos X y otras técnicas que
utilizan la luz para penetrar en los tejidos no funcionan, debido al gran
volumen de grasas y agua del
cerebro, que hacen que la luz se disperse. Durante años, los neurocientíficos
han recurrido a rebanar el cerebro de cadáver en láminas muy estrechas, al
escaneo de las mismas, poniendo las secciones de nuevo juntas, tratando de
realinear las fibras nerviosas, muchas de los cuales habían sido dañadas al ser
cortadas en capas. "Básicamente, no sirve," pensaba Deisseroth.
"Sólo se puede hacer anatomía muy local a pequeña escala." La
eliminación de las grasas y el agua se consideraba imposible, ya que
constituyen la "gelatina" que mantiene la delicada red de neuronas y
axones en su lugar.
Deisseroth pensaba lo bueno que sería si se pudiera hacer un
cerebro completamente transparente. En su laboratorio, Deisseroth preguntó si se
podrían desplazar las grasas y el agua
con un andamio que apoyaran el cableado, pero permitiera que la luz penetrara, quizás
un hidrogel, un polímero a base de agua que se utilizara para apoyar las
células en el mantenimiento del tejido humano. La idea se convirtió en CLARITY,
un acrónimo en inglés de "Hidrogel de tejido compatible con
inmunotinción/Imagen anatómicamente rígida tras la eliminación de lípidos”. CLARITY
es el segundo gran aporte de Deisseroth
a la neurociencia, un método para transformar los cerebros de cadáveres en completamente
transparentes, con excepción de las neuronas y las fibras nerviosas que quedan
perfectamente intactas.
A diferencia de la optogenética, la idea progresó
rápidamente para su uso práctico. Deisseroth contrató a un ingeniero químico
llamado Kwanghun Chung, y en unos meses estaban experimentando con un hidrogel
llamado acrilamida. Inyectaron la acrilamida en forma de líquido en los
tejidos, y luego introdujeron el cerebro en agua caliente, lo que provocó que
el líquido se convirtiera en un gel. Mediante el paso de una corriente
eléctrica suave a través de los tejidos, las grasas se diluyeron, dejando los circuitos neuronales en suspensión en el
hidrogel, y haciendo que el cerebro fuera "transparente".
En abril de 2013, Deisseroth anunció la nueva tecnología en la revista Nature; El sitio Web de la revista publicó videos de un cerebro de
ratón transparente, que muestra una maraña de células increíblemente finas y de
fibras nerviosas, que brillaban en verde
contra un fondo negro. Thomas Insel, Director del Instituto Nacional de Salud
Mental, lo calificó como "probablemente uno de los avances más importantes
en neuroanatomía en décadas." Desde
entonces se ha convertido en una herramienta estándar para los científicos y
médicos de todo el mundo. Estudios publicados recientemente utilizando CLARITY
han proporcionado una nueva perspectiva sobre la acumulación de depósitos en el
cerebro de las personas con la enfermedad de Alzheimer. La tecnología ha sido
adoptada como una herramienta crítica para el proyecto, respaldado por la
Iniciativa BRAIN, de obtener un mapa completo del cerebro de un ratón y, tal
vez con el tiempo, del cerebro humano. Una enorme empresa, en la escala del
Proyecto del Genoma Humano, en el que los investigadores tienen que trazar y
clasificar los casi cien mil millones de neuronas y las cien billones de
conexiones entre ellas.
Durante décadas, los investigadores han imaginado el cerebro
como una sopa de sustancias neuroquímicas cuyo funcionamiento normal depende de
que los productos químicos permanezcan en un equilibrio adecuado. Se creía que
las enfermedades mentales eran el resultado de un "desequilibrio
químico", la cantidad incorrecta de uno u otro neurotransmisor en determinadas
sinapsis. Las limitaciones a este enfoque se hacían evidentes incluso antes del
advenimiento de la optogenética y CLARITY. Si se cree que hay algo tal como una
deficiencia de serotonina en la depresión, entonces cualquier cosa que aumente específicamente
la cantidad de serotonina sería un antidepresivo. Pero no es cierto. No se
pueden explicar las cosas a ese nivel. Del mismo modo para la psicosis o la esquizofrenia.
Algunas cosas encajan en patrones químicos, pero otras no lo hacen.
Cada vez más, los neurólogos creen que la clave para
entender cómo funciona el cerebro reside en la totalidad de sus circuitos
neuronales, y la forma en que las regiones cerebrales muy distantes entre sí se
comunican a través de la proyección de largo alcance de las fibras nerviosas.
Con este punto de vista, los trastornos mentales son el resultado del
cortocircuito o de la interrupción de cables del gran circuito que forma
el cerebro, y es la hora de definir y
describir esas conexiones del circuito para lo cual las innovaciones de Deisseroth prometen ser
especialmente útiles.
Christof Koch, del Instituto Allen, compara a Deisseroth con
Galileo, cuyas iniciales mejoras del telescopio ofrecieron un gran avance en
nuestra comprensión del cosmos. Y así
como el telescopio de Galileo abrió la inmensidad del espacio, las tecnologías
de Deisseroth han ayudado a revelar lo poco que sabemos sobre el cerebro, esto
es, la más compleja pieza de materia organizada en el universo conocido.
En los últimos cuatrocientos años, desde el descubrimiento
del telescopio, cada generación sucesiva de astrofísicos ha dado cuenta de que
el universo es aún más grande que el pensamiento de la generación anterior. Lo
mismo sucede con el cerebro. Cada generación de neurocientíficos descubre una imagen
de más complejidad, con más capas ocultas.
Deisseroth sabe que no está cerca de comprender el mayor
misterio de la mente: Cómo un poema o una pieza de música pueden provocar
emociones a partir de una masa de neuronas y circuitos suspendidos en grasas y
agua. Esa es una cuestión importante, pero es demasiado pronto para preguntarla.
