Las células cerebrales “silenciosas” que dan forma a nuestro comportamiento, memoria y salud

 Los astrocitos constituyen una cuarta parte del cerebro, pero los investigadores justo ahora se están dando cuenta de su verdadero valor.

Bajo un microscopio óptico, las células cerebrales llamadas astrocitos tienen forma de estrella. Crédito: Nancy Kedersha/Science Photo Library

Durante décadas, los neurocientíficos se centraron casi exclusivamente en la mitad de las células del cerebro. Pensaban que las neuronas eran las protagonistas principales, y que todo lo demás estaba compuesto por sistemas de apoyo poco interesantes .

En la década de 2010, la investigadora de la memoria Inbal Goshen comenzó a cuestionar esa suposición. Se inspiró en herramientas moleculares innovadoras que le permitirían investigar las contribuciones de otro grupo de células más misterioso, los astrocitos. Lo que descubrió sobre su papel en el aprendizaje y la memoria la entusiasmó aún más.

Al principio, se sentía como una extraña, sobre todo en las conferencias. Se imaginaba a sus colegas pensando: «Ah, ese es el bicho raro que trabaja con astrocitos», dice Goshen, cuyo laboratorio está en la Universidad Hebrea de Jerusalén. Mucha gente se mostró escéptica, comenta.

Pero ya no. Una avalancha de estudios de laboratorio en diversos subcampos revela la importancia de estas células en la configuración de nuestro comportamiento, estado de ánimo y memoria . Consideradas durante mucho tiempo como células de soporte, los astrocitos se están convirtiendo en actores clave en la salud y la enfermedad.

“Las neuronas y los circuitos neuronales son las principales unidades de computación del cerebro , pero ahora está claro en qué medida los astrocitos influyen en esa computación”, afirma la neurobióloga Nicola Allen, del Instituto Salk de Estudios Biológicos en La Jolla, California, quien ha dedicado su carrera a la investigación de los astrocitos y otras células no neuronales, llamadas colectivamente células gliales. “Las reuniones gliales tienen ahora una sobreabundancia constante de participantes”.

Fuera de las sombras

Ya en el siglo XIX, los científicos podían ver con sus microscopios simples que los cerebros de los mamíferos incluían dos tipos principales de células : neuronas y glía, en cantidades aproximadamente iguales.

Las tecnologías del siglo XX generaron gran parte del entusiasmo en torno a las neuronas. Los investigadores que estudiaban la actividad eléctrica de las células demostraron cómo crean las complejas redes que subyacen a todas las funciones cerebrales.

Cuando las neuronas se activan, las señales eléctricas se extienden a lo largo de su longitud a una velocidad vertiginosa, provocando que sus sinapsis liberen neurotransmisores químicos. Algunos de estos, como el glutamato , excitan a las neuronas vecinas, mientras que otros, como el GABA (ácido γ-aminobutírico), las inhiben. El desarrollo de una técnica llamada fijación de parche en las décadas de 1970 y 1980, en la que se insertan electrodos en células individuales para medir el flujo de iones a través de las membranas, permitió a los investigadores estudiar esta neurotransmisión con un detalle sin precedentes.

En cambio, las células gliales parecían ser eléctricamente silenciosas y la mayoría de los investigadores las descartaban por su apatía. Algunas células gliales, llamadas oligodendrocitos, recubren y aíslan las neuronas. Otras, la microglía, proporcionan el sistema inmunitario del cerebro . Las múltiples funciones de los astrocitos resultaron más difíciles de comprender.

Aunque pocos neurocientíficos se centraron en los astrocitos hasta bien entrada la década del 2000, algunos descubrimientos fundamentales se hicieron antes de eso 1 . Bajo el microscopio óptico, los astrocitos tienen forma de estrella, extendiéndose entre las neuronas y los diminutos vasos sanguíneos del cerebro. Indican a los vasos sanguíneos que aumenten o disminuyan su flujo según la actividad neuronal y extraen oxígeno y otras moléculas vitales de la sangre para enviarlas a las neuronas. Limpian los productos de desecho alrededor de las sinapsis y regulan los niveles de iones allí. Extraen glutamato alrededor de las neuronas para evitar que los circuitos excitatorios se sobrecarguen, descomponen el neurotransmisor y luego devuelven sus componentes básicos a las neuronas.

Los astrocitos adquirieron mayor interés cuando fue posible medir los movimientos del calcio en las células. Estas mediciones revelaron que los astrocitos utilizan las fluctuaciones en sus niveles de calcio para comunicarse entre sí y con otras células en respuesta a ciertas moléculas de su entorno, como un exceso de neurotransmisores (véase «Señales de las estrellas»). Estas señales de calcio, que se mueven lentamente en comparación con las que pasan entre neuronas, tienen importantes consecuencias. Impulsan numerosas actividades, como la liberación de nuevas moléculas de señalización, iones, metabolitos y otros factores que afectan el comportamiento de las neuronas, otras células gliales y los vasos sanguíneos.

Dado que muchas de las moléculas de señalización son neurotransmisores, un pequeño grupo de investigadores comenzó a preguntarse en la década de 2010 si los astrocitos podrían contribuir a la transmisión eléctrica ultrarrápida en las neuronas . Sin embargo, durante la última década, herramientas de investigación cada vez más precisas han revelado una historia diferente y más compleja. Muchos científicos que antes se centraban exclusivamente en las neuronas ahora utilizan estas herramientas para investigar cómo los astrocitos contribuyen a la fisiología y el comportamiento animal.

No se ha encontrado evidencia que respalde la función de los astrocitos en la neurotransmisión ultrarrápida. En cambio, cada vez es más evidente que los astrocitos orquestan la mezcla molecular en el entorno que rodea las sinapsis en escalas de tiempo mucho más lentas que la señalización neuronal, variando dicha mezcla según el estado cerebral (por ejemplo, su nivel de alerta o vigilia). Esto, a su vez, puede determinar si las neuronas se activan en respuesta a una señal que llega a través de la sinapsis.

Los avances en microscopía han demostrado la estrecha relación entre los astrocitos y las neuronas. Más allá de su núcleo estrellado, los astrocitos presentan una arquitectura intrincada con numerosas ramificaciones que se extienden hacia estructuras diminutas y delicadas, llamadas folíolos, de tan solo decenas de nanómetros de ancho. Con esta resolución, los astrocitos, que constituyen una cuarta parte de todas las células cerebrales, se parecen menos a estrellas y más a esferas densas, y ocupan todo el espacio disponible entre las neuronas sin superponerse entre sí . 2 En el cerebro humano, cada astrocito puede establecer hasta dos millones de sinapsis. Además, existen diferentes tipos de astrocitos en distintas áreas cerebrales . 3

Esta vasta extensión de los astrocitos tiene profundas consecuencias en el cerebro, afirma el neurocientífico Baljit Khakh, de la Universidad de California en Los Ángeles. «En biología, la forma sigue a la función». Su laboratorio ha desarrollado muchas de las herramientas moleculares y genéticas que permiten activar o desactivar determinadas vías de señalización del calcio en los astrocitos, lo que permite a los científicos comprender la función de cada vía.

Las neuronas podrían transmitir las señales que impulsan la función cerebral, pero ahora está claro que los astrocitos afinan esas señales alterando el entorno que rodea las sinapsis, afirma el neurocientífico Hongkui Zeng, director del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro en Seattle, Washington. «Por eso es importante aprender sobre todas las células cerebrales, no solo sobre las neuronas».

Relojes, aprendizaje y memoria

Como solo un ejemplo, los astrocitos resolvieron una pregunta abierta en el campo de la biología circadiana: ¿cómo mantiene su ciclo el reloj biológico maestro, un grupo de células cerebrales llamado núcleo supraquiasmático (NSQ), que regula los ciclos biológicos a un ritmo de aproximadamente 24 horas? «Era un misterio», afirma el biólogo circadiano Michael Hastings, del Laboratorio de Biología Molecular de Cambridge, Reino Unido.

El sistema del reloj maestro está compuesto casi exclusivamente por neuronas que liberan el neurotransmisor inhibidor GABA, y nadie podía concebir cómo un sistema que aparentemente solo suprime la actividad neuronal podía crear un ciclo diario. Los relojes biológicos necesitan un mecanismo de retroalimentación para generar ciclos rítmicos de forma autónoma, sin necesidad de una señal externa diaria para reiniciarlos.

Hace diez años, Marco Brancaccio, investigador postdoctoral de Hastings, leyó sobre un detector de glutamato: una sonda fluorescente llamada «detector de pegamento» o iGluSnFR. Brancaccio propuso usar el detector para detectar cualquier posible presencia de glutamato en los cortes de cerebro de ratón que el equipo estaba estudiando.

"Le dije a Marco que sería una pérdida de tiempo, porque no habría", recuerda Hastings. "Por suerte, me ignoró".

Brancaccio, quien ahora trabaja en el Imperial College de Londres, encontró abundante glutamato y, para sorpresa general, descubrió que sus niveles eran tan rítmicos como los de GABA. Sin embargo, mientras que los niveles de GABA eran más altos durante el día, los de glutamato alcanzaban su punto máximo por la noche .

Nos preguntamos con curiosidad. ¿De dónde podría provenir ese glutamato? —dice Hastings. No tardaron en descubrir, mediante una búsqueda bibliográfica, que la fuente debían ser los astrocitos, un tipo de célula en el que no habían pensado mucho antes.

Esto impulsó a los investigadores a realizar una serie de experimentos cada vez más sofisticados. Finalmente, concluyeron que los astrocitos contribuyen al reloj del SCN activando sus sistemas de captación de GABA durante el día y desactivándolos durante la noche 4 , 5 .

Diferentes tipos de astrocitos, con sus miles de ramificaciones y folíolos, se agrupan para llenar el cerebro. Crédito: Laboratorio B. Khakh.

Particularmente intrigantes son los estudios que están revelando cómo los astrocitos apoyan las muchas sutilezas del aprendizaje y la memoria . En uno de sus primeros experimentos clave con las nuevas herramientas, Goshen y su equipo se sorprendieron al descubrir cómo los astrocitos en los cerebros de los ratones codifican información sobre la ubicación espacial de las recompensas. Cuando un ratón ya había aprendido dónde encontrar una recompensa de agua, la actividad del calcio en sus astrocitos aumentó gradualmente a medida que se acercaba a la recompensa, descubrieron los científicos. Pero los investigadores no midieron ningún aumento cuando el ratón se movió hacia la misma recompensa en un nuevo entorno . El hallazgo plantea preguntas interesantes sobre cómo los astrocitos están involucrados en la codificación de la memoria espacial.

A principios de este año, grupos en Japón y Estados Unidos informaron que los astrocitos ayudan con la estabilización y el recuerdo de recuerdos preparados por el miedo 7 , 8 . Debido a que las señales de los astrocitos son mucho más lentas que las señales eléctricas de las neuronas, a veces se desarrollan durante horas o incluso días en lugar de milisegundos, son muy adecuados para cerrar la brecha de tiempo entre el aprendizaje y el recuerdo, dice el neurocientífico Jun Nagai en el Centro RIKEN para la Ciencia del Cerebro en Wako, Japón, quien dirigió uno de los estudios. "Piense en ellos como la cámara de larga exposición del cerebro: capturan el rastro de eventos significativos que de otro modo podrían desvanecerse demasiado rápido".

Debido a que las neuronas y los astrocitos trabajan juntos para procesar información, los investigadores han comenzado a preguntarse si los astrocitos impulsan o exacerban enfermedades que generalmente se consideraban neuronales.

Khakh no duda de ello. Mediante una combinación de técnicas, su equipo ha demostrado en ratones que la activación o el bloqueo de determinadas señales de calcio en los astrocitos puede promover o suprimir comportamientos característicos de algunas afecciones psiquiátricas , como el trastorno obsesivo-compulsivo. Los astrocitos parecen modificar los circuitos neuronales que impulsan estos comportamientos y, por lo tanto, podrían ser objetivos terapéuticos, afirma Khakh.

Los astrocitos también podrían tener potencial como dianas terapéuticas para enfermedades neurológicas, aunque no proporcionen curas completas. El equipo de Khakh se ha centrado en la enfermedad de Huntington , causada por una mutación en un solo gen. Es una enfermedad neurodegenerativa devastadora que se caracteriza por síntomas psiquiátricos, cognitivos y motores.

Utilizando un modelo murino de la enfermedad y analizando datos humanos, el equipo identificó un conjunto de genes en los astrocitos del cuerpo estriado cerebral que muestran una expresión reducida en la enfermedad de Huntington 10 . Estos genes estaban involucrados principalmente en el mantenimiento del entorno extracelular que soporta las neuronas. Cuando los investigadores utilizaron herramientas moleculares para potenciar la expresión de algunos de estos genes en ratones, se corrigieron ciertos comportamientos. Los hallazgos podrían ser clínicamente relevantes para el tratamiento de los síntomas psiquiátricos y cognitivos en etapa temprana de la enfermedad de Huntington, incluyendo dificultad con la atención y la planificación, apatía y depresión, dice Khakh.

“Las neuronas claramente impulsan la enfermedad, pero los desarrolladores de fármacos no deberían centrarse únicamente en las neuronas porque, por definición, existen en un tejido que es en sí mismo disfuncional”, afirma.

Lo mismo podría decirse de la enfermedad de Alzheimer . Esta afección neurodegenerativa común, caracterizada por la presencia de placas amiloides en el cerebro, se sabe desde hace tiempo que afecta a la microglía, que libera moléculas inflamatorias para intentar eliminar las placas. La inflamación resultante se vuelve cada vez más inútil a medida que la enfermedad avanza, y la propia inflamación comienza a contribuir a la destrucción tisular.

Los astrocitos (rojos) parecen estar involucrados en la enfermedad de Alzheimer. Aquí se muestran alrededor de una placa amiloide (azul). Crédito: Laboratorio B. Khakh.

El neurocientífico Bart De Strooper, del University College de Londres, y su equipo han revelado en un modelo murino de la enfermedad de Alzheimer que los astrocitos y la microglía operan juntos casi como una sola unidad para acelerar esta destrucción 11 . El equipo también ha demostrado que los astrocitos podrían estar involucrados al comienzo de la enfermedad, mucho antes de que se formen las placas. En esta etapa inicial, las neuronas se vuelven patológicamente hiperactivas y las señales de calcio en los astrocitos disminuyen al mismo tiempo. Cuando el equipo utilizó una herramienta molecular para corregir esta disminución del calcio, la actividad neuronal se normalizó y los ratones ya no mostraron algunos síntomas tempranos de la enfermedad, como los trastornos del sueño 12 .

En un estudio preimpreso 13 , con otro modelo animal de Alzheimer, el equipo de Goshen activó una vía de señalización de calcio en los astrocitos. Esto restauró por completo la memoria normal en ratones que mostraban signos de neurodegeneración.

Los científicos apenas están empezando a comprender los detalles de cómo interactúan las células gliales y las neuronas en el Alzheimer. "Pero creo que ya está claro que las terapias futuras deberán dirigirse a todas las células implicadas, no solo a las neuronas", afirma De Strooper.

Mejores modelos cerebrales

El entusiasmo por los astrocitos está empezando a atraer lentamente a los neurocientíficos computacionales que utilizan datos experimentales para probar teorías sobre cómo funciona el cerebro.

La mayor parte del modelado de astrocitos ha sido a pequeña escala —hasta 100 astrocitos o más junto con neuronas—, dice la neurocientífica computacional Marja-Leena Linne de la Universidad de Tampere en Finlandia. Ella y su equipo, junto con científicos del Centro de Investigación Jülich en Alemania, han construido lo que hasta ahora es el simulador de astrocitos más completo, incorporando datos moleculares, celulares, morfológicos y de conectividad de diversas fuentes. Los científicos han integrado esta herramienta en una plataforma digital que incluye otras herramientas para simular redes neuronales. (La plataforma cuenta con el apoyo de EBRAINS, una infraestructura europea para la investigación en neurociencia en el Centro de Supercomputación Jülich). Los neurocientíficos ahora pueden usar cualquier dato de conectividad para modelar hasta un millón de astrocitos y neuronas 14 .

Algunos investigadores que llevan décadas trabajando con astrocitos especulan sobre su posible papel evolutivo en el desarrollo de las capacidades cognitivas especiales de los humanos. «Gran parte de la avalancha de datos recientes concuerda con esta especulación», afirma el biólogo de astrocitos Alexej Verkhratsky, de la Universidad de Manchester (Reino Unido). Los astrocitos humanos son estructuralmente más complejos que los de monos y roedores; las células similares a los astrocitos en las moscas son aún más simples. Un astrocito humano cubre un volumen al menos un orden de magnitud mayor que el de su homólogo de rata y tiene diez veces más ramificaciones.

Esto parece traducirse en inteligencia, afirma Verkhratsky. La neurobióloga Maiken Nedergaard, del Centro Médico de la Universidad de Rochester en Nueva York, y sus colegas injertaron astrocitos humanos en ratones y descubrieron que los astrocitos humanos integrados conservaban su gran tamaño y complejidad, y que los ratones quiméricos eran notablemente más inteligentes que los ratones de control en diversas tareas de memoria . 15

Tras décadas en la sombra, los astrocitos están abriendo numerosas vías de investigación. «La cantidad de literatura que surge actualmente de diferentes laboratorios que trabajan en distintas áreas ha llevado a la mayoría de los escépticos a comprender que los astrocitos están haciendo algo que merece la pena considerar», afirma Allen.

Original en:Naturaleza 648 , 23-25 ​​(2025)

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-025-03912-w

Patrones cerebrales de la anhedonia

 

El estrés puede minar nuestra capacidad de alegria. los patrones cerebrales de ratones dan una pista del porqué.
Los científicos identifican los circuitos cerebrales vinculados con la resiliencia o la vulnerabilidad  a la adversidad, que afectan la búsqueda de placer de un animal estresado.

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La comunicación entre neuronas (ilustración) en dos regiones cerebrales separadas es irregular en ratones susceptibles a sufrir estrés severo. Crédito: Juan Gaertner/Science Photo Library

Según una investigación realizada en ratones, la falta de alegría provocada por el estrés crea una firma cerebral distintiva . El estudio también revela un patrón cerebral que parece conferir resistencia al estrés y otro que hace que los animales estresados ​​tengan menos probabilidades de sentir placer, un síntoma central de la depresión.

Estos hallazgos, publicados  en Nature , ofrecen pistas sobre cómo el cerebro da lugar a la anhedonia, una resistencia al disfrute y al placer . Los resultados también ofrecen una nueva vía para el tratamiento de la afección, si los hallazgos se validan en humanos.

“Su enfoque en este estudio es perfecto”, afirma Conor Liston, neurocientífico de Weill Cornell Medicine en la ciudad de Nueva York, que no participó en el trabajo. Los experimentos llenan “un gran vacío”, afirma. “La anhedonia es algo que no entendemos muy bien”.

Un síntoma angustiante

Más del 70% de las personas con depresión grave experimentan anhedonia, que también es común en quienes padecen esquizofrenia , enfermedad de Parkinson y otras afecciones neurológicas y psiquiátricas.

El síntoma es notoriamente difícil de tratar, incluso en quienes toman medicamentos, dice Liston. “La anhedonia es algo que preocupa mucho a los pacientes y sienten que los tratamientos actuales son los que menos la abordan”, afirma.

Para entender cómo el cerebro da lugar a la anhedonia, Mazen Kheirbek, neurocientífico de sistemas de la Universidad de California en San Francisco, y sus colegas estudiaron ratones que habían sido sometidos a estrés mediante la exposición a ratones más grandes y agresivos.

Por lo general, los ratones son golosos y prefieren el agua azucarada al agua corriente si se les da la opción. Pero algunos ratones estresados ​​prefirieron el agua corriente, lo que Kheirbek y sus colegas interpretaron como una versión roedora de la anhedonia. Otros ratones sometidos al mismo estrés prefirieron el agua azucarada. Los autores calificaron a estos animales de "resilientes".

Luego, los investigadores monitorearon las neuronas en la amígdala y el hipocampo, dos regiones del cerebro importantes para procesar las emociones, en ratones que estaban decidiendo entre agua azucarada y agua simple después de una exposición previa al estrés.

Construyendo un cerebro resiliente

Los ratones resilientes tenían una comunicación robusta entre la amígdala y el hipocampo, mientras que en los animales susceptibles a la anhedonia, la comunicación entre las dos áreas del cerebro estaba fragmentada.

Para mejorar la comunicación inconexa en ratones susceptibles, los investigadores inyectaron a los roedores compuestos que hacían que las neuronas de las zonas objetivo se activaran con mayor frecuencia. Estos animales optaron por beber agua azucarada con más frecuencia que antes de las inyecciones y su actividad cerebral era más similar a la de los ratones resistentes, descubrieron los autores.

Comportamiento de búsqueda de recompensa

Rose Bagot, neurocientífica de la Universidad McGill en Montreal, Canadá, que no participó en el estudio, dice que los datos dejan claro que existe una diferencia en la forma en que los ratones resilientes y susceptibles procesan la información sobre las recompensas. “La gente suele pensar de manera simplista que la anhedonia es la incapacidad de experimentar placer, pero este estudio demuestra que tiene más que ver con los cambios en la capacidad de utilizar la información sobre las recompensas para guiar el comportamiento”, afirma.

La comprensión de estos patrones de activación neuronal también ha permitido discernir qué animales tenían antecedentes de estrés. En ratones en reposo, la actividad espontánea en una parte específica de la amígdala era una señal de un trauma pasado . Los autores afirman que esto podría servir como un biomarcador del estrés que sería más fiable que el comportamiento, como la disminución del apetito, por sí solo.

La respuesta a si estos hallazgos se aplican a las personas podría no estar muy lejos: los electrodos terapéuticos implantados en los cerebros de personas con epilepsia o depresión resistente al tratamiento también han proporcionado datos sobre la actividad cerebral. Liston dice que, después de leer este estudio, si tuviera datos de personas con estas afecciones, querría ver si validan los hallazgos de los autores.

Los investigadores se centraron en la conexión entre la amígdala y el hipocampo en este trabajo, pero Kheirbek dice que planea estudiar otras regiones cerebrales relevantes, como la corteza prefrontal, que desempeña un papel clave en la regulación de las emociones. Bagot añade que, para modelar el comportamiento humano, será importante utilizar una tarea de toma de decisiones en animales que sea más complicada que elegir entre distintos tipos de agua.

Original en> https://www.nature.com/articles/d41586-024-03958-2

Rastrear las huellas de la conciencia.

En esta charla con Neuron , Christof Koch, físico y neurocientífico, aboga por un programa pragmático para rastrear las huellas de la conciencia en el cerebro y por la ciencia en equipo, explica la reciente pseudocontroversia con respecto a la teoría de la información integrada de la conciencia y habla sobre la alegría de explorar los misterios que nos rodean.





Christof Koch, Instituto Allen de Ciencias del Cerebro y Fundación Tiny Blue Dot, EE.UU.


Christof Koch estudió física y filosofía en Tubinga (Alemania) y en 1982 obtuvo un doctorado por sus simulaciones por ordenador de las células nerviosas corticales y retinianas y sus dendritas. Tras más de un cuarto de siglo como profesor de biología e ingeniería en la torre de marfil académica por excelencia, el Instituto Tecnológico de California en Pasadena, se incorporó al Instituto Allen de Ciencias del Cerebro en Seattle, primero como científico jefe y luego como presidente. El año pasado renunció a todas las funciones ejecutivas y ahora disfruta de una existencia satisfecha como científico en activo en el Instituto Allen y como mentor, escritor (su próximo libro, Then I Am Myself the World , se publicará en mayo de 2024) y científico jefe de la Tiny Blue Dot Foundation en Santa Mónica. A lo largo de estas décadas, sus dos colegas más cercanos han sido Francis Crick y Giulio Tononi.

¿Qué te motiva?

Christof Koch (CK): Tengo una profunda necesidad de comprender cómo se desarrolla la vasta complejidad de los mundos interior y exterior a partir de reglas simples, similares a los fascinantes patrones del conjunto de Mandelbrot, un anhelo de buscar el orden subyacente que gobierna el cosmos, tal vez incluso vislumbrar la naturaleza última del todo. Este impulso me obliga a reevaluar periódicamente mis creencias, estudiar las consecuencias inesperadas de la mecánica cuántica o la teoría de cables, sumergirme en los reinos de la antropología o participar de ceremonias y medicinas antiguas en tierras lejanas. Uno de los grandes placeres de tal búsqueda es participar en un discurso intelectual prolongado con otras almas que están igualmente motivadas a buscar la verdad.

¿Qué es lo que más te ha sorprendido?

CK: Crecí como un nerd de la ciencia, construyendo mi propia radio, computadora y telescopio, y leyendo ciencia ficción. Pero nunca esperé los asombrosos avances en hardware y software de las últimas décadas, para vivir personalmente el Accelerando , la transición a un mundo profundamente marcado por la aparición abrupta de una nueva forma de inteligencia.

Profesionalmente, me sorprenden los avances concomitantes en la poderosa instrumentación de la neurociencia y el trabajo con vastos flujos de datos en todas las escalas espacio-temporales relevantes, desde moléculas hasta cerebros completos, generando conectomas completos, analizando señales eléctricas con un paso espacial de unos pocos micrómetros, capturando las señales parpadeantes asociadas con la dinámica del calcio de un millón de células nerviosas y estimulando la actividad hemodinámica en lo profundo del cerebro humano.

Este ritmo frenético y exponencial de acumulación de datos crea la ilusión de un progreso rápido. Sin embargo, nuestra comprensión de cualquier fragmento de tejido nervioso altamente excitable avanza, en el mejor de los casos, de manera sublineal. Aplicar el aprendizaje automático a los datos cerebrales puede no ayudar mucho, ya que tampoco entendemos necesariamente mejor la caja negra resultante. Todavía recuerdo vívidamente a Paul Allen, cuya visión y generosidad apoyaron al Instituto Allen, visitando el instituto después de que su equipo de fútbol, ​​los Seahawks, ganara la Superbowl y preguntándome, cara a cara, por qué todavía estábamos midiendo los campos receptivos de la corteza visual primaria cuando Hubel & Wiesel en Harvard ya lo habían hecho medio siglo antes. Una pregunta difícil del benefactor del instituto...

Avanzar es tan difícil debido a los enormes grados de libertad de los sistemas nerviosos con sus vertiginosas complejidades combinatorias, que superan enormemente la elegante simplicidad de un electrón, un virus o un agujero negro.

 A esto se suma la no reproducibilidad de dos de cada tres experimentos en las ciencias biomédicas, el esqueleto en el armario del que nadie quiere hablar. Sin embargo, dada la promesa inherente a la comprensión de las mentes y los cerebros, tanto en la salud como en la enfermedad, la Iniciativa BRAIN, otras agencias federales e instituciones privadas han invertido grandes cantidades de fondos en la neurociencia de sistemas.

El campo se ha adaptado a estos desafíos evolucionando desde sus raíces románticas y heroicas hacia una fase más madura, con un puñado de modelos animales, estándares y protocolos comunes, equipos grandes y el intercambio generalizado de manuscritos y datos previamente revisados ​​por pares. El Instituto Allen puede atribuirse con justicia parte del mérito por estos avances, ya que compartir libre y abiertamente todos los datos, metadatos, herramientas y códigos ha sido parte de nuestro espíritu original. Compartir está en nuestro ADN.

¿Qué buscas?

CK: A finales de los años 80, Francis Crick y yo propugnamos, en casi dos docenas de artículos, un enfoque pragmático y operativo para desentrañar la esquiva relación entre la mente consciente y el cerebro físico. Hoy, un tercio de siglo después, cientos de científicos y médicos y yo estamos rastreando estos correlatos neuronales de la conciencia en voluntarios, pacientes neurológicos y animales de laboratorio, centrándonos en el neocórtex, un vasto cordón de tejido denso en capas, plegado, en los humanos, como masa de pizza y embutido en el cráneo. Esta búsqueda aún no ha encontrado su santo grial, como quedó claro con mi reciente y muy pública pérdida de una apuesta de veinticinco años contra el filósofo David Chalmers, el del “duro problema de la conciencia”. Pero, como admite Chalmers, es sólo una cuestión de cuándo, no de si, se descubrirán estas huellas. Como lo expresó el matemático David Hilbert: “¡Lo sabremos!”.

¿Cómo se relaciona esto con la controversia del año pasado sobre la ciencia de la conciencia?

CK: En la misma conferencia en la que le entregué seis botellas de vino añejo de Madeira a Chalmers (según los términos de nuestra apuesta), una gran colaboración adversaria que utiliza las mejores prácticas científicas (registro previo de todos los experimentos y métodos de análisis, dos laboratorios independientes que realizan cada experimento, haciendo que los datos sean accesibles para todos) anunció el resultado de su primer experimento en 256 humanos utilizando resonancia magnética funcional, electrodos implantados (ECoG), electroencefalografía y electroencefalografía, diseñado para enfrentar directamente las predicciones de dos teorías dominantes de la conciencia entre sí: la teoría de la información integrada (IIT) y la teoría del espacio de trabajo neuronal global (GNWT). 

Si bien los resultados (puede encontrarlos en bioRxiv) son complicados (como corresponde a una empresa tan grande), ciertamente argumentan en contra de la participación de gran parte de la corteza prefrontal (CPF) cuando se ven conscientemente objetos claramente visibles. De hecho, una plétora de evidencias causales provenientes de la clínica apoyan la hipótesis de que el sustrato neuronal para la mayor parte de nuestras experiencias conscientes (ver, oír, ser tocado, el sentido del yo) se encuentra en las regiones posteriores de la corteza, detrás del surco central. La corteza prefrontal, en general, sólo desempeña un papel menor en estas categorías experienciales preeminentes. Esto no es una novedad para los neurocirujanos, que deben extirpar trozos de la corteza prefrontal sin que el paciente sufra una pérdida catastrófica de experiencias conscientes o que estimulan eléctricamente la corteza prefrontal sin evocar un sentimiento consciente en el paciente (por eso estas regiones se denominan corteza no elocuente). Estos hallazgos empíricos provocaron una reacción negativa, desencadenada en parte por la metafísica de la TII.

¿No se supone que la ciencia real debe ser objetiva, libre de suposiciones “metafísicas”? Después de todo, los hechos son sólo eso: ¡hechos!

CK: Si algo hemos aprendido de la pandemia es que lo que se considera factual está muy condicionado por el punto de vista filosófico, ideológico, religioso, político o de otro tipo de cada uno. No hay hechos libres de prejuicios. Suponer lo contrario es ingenuo. No hay una visión desde ninguna parte. Todo el mundo hace suposiciones, normalmente implícitas, sobre lo que considera "hechos" legítimos. Yo tomo los sentimientos subjetivos, el enrojecimiento del rojo o lo horrible que es un dolor de muelas, las famosas qualia de los filósofos, como hechos del asunto que claman por una explicación natural. De hecho, mis sentimientos son lo único en el universo con lo que tengo un conocimiento directo (reminiscencias de Descartes). Muchos filósofos contemporáneos, por otro lado, rechazan por completo la existencia de estados subjetivos y fenomenales. Otros sostienen que estos esquivos sentimientos son auténticos pero nunca pueden ser objetos de una investigación científica legítima. Se trata de tres supuestos metafísicos distintos entre muchos otros.

Si hay un resultado positivo del intento del año pasado de cancelar el IIT, es la comprensión de que mantener la inocencia con respecto a la metafísica, mientras se atribuyen tales creencias únicamente a la facción opuesta, es absurdo.
La mayoría de los filósofos analíticos, las grandes empresas tecnológicas y muchos neurocientíficos adhieren a un tipo de metafísica conocida como funcionalismo computacional o de máquinas. Dan por sentado que la conciencia es un tipo particular de computación, implementada por el cerebro. Cualquier sistema que instancia cálculos similares, como modelos de lenguaje grandes y suficientemente potentes, será, por lo tanto, consciente. 

La IIT hace suposiciones muy diferentes y las explica con gran detalle, lo cual es necesario para la conciencia pero también bastante raro en la ciencia (fuera de la física fundamental). La IIT postula que la experiencia subjetiva no es un algoritmo inteligente o un proceso, sino una estructura de relaciones causales, una forma.

 La IIT toma en serio la fenomenología, comenzando con sus axiomas, directamente fundamentados en la experiencia. Según la IIT, una simulación fiel de un cerebro humano afirmará soñar con ovejas eléctricas, ¡pero tendrá tanta sensación subjetiva como un triturador de basura! Los poderes causales no se pueden simular, sino que deben ser instanciados por el sustrato. Esa es la diferencia entre una simulación y la realidad que marca toda la diferencia: ni se moja el interior de una computadora que simula una tormenta, ni una computadora portátil, que simula un agujero negro, succiona al programador hacia su campo gravitacional.

¿Serán entonces las computadoras conscientes?

CK: Según el funcionalismo computacional, ya lo son o lo serán pronto. Según la IIT, las computadoras digitales pueden hacer todo lo que nosotros hacemos (en última instancia, mejor y más rápido), pero nunca serán lo que somos nosotros: conscientes. Puede que sea diferente con las computadoras cuánticas, dada su conectividad radicalmente diferente debido al entrelazamiento.

¿Cuáles son los próximos pasos para descubrir las fuentes de la conciencia?

CK: Experimentos perturbadores en personas, utilizando herramientas no invasivas como la estimulación magnética transcraneal (TMS) o la estimulación eléctrica por interferencia temporal, o en pacientes con herramientas invasivas, así como manipulaciones optogenéticas cada vez más poderosas del contenido consciente en el humilde ratón de laboratorio, Mus musculus (porque todos somos hijos de la naturaleza, sintientes en mayor o menor medida). Pero esta búsqueda empírica no es suficiente para responder plenamente a todas nuestras preguntas: ¿son conscientes las criaturas evolucionadas o diseñadas que son radicalmente diferentes de nosotros, como una abeja, un cedro, un organoide cerebral o un gran modelo de lenguaje? Para cumplir con esa búsqueda, necesitamos una teoría de la conciencia completamente desarrollada que explique por qué algunas partes de materia activa, como los cerebros, son conscientes, mientras que otras, como el plasma, no lo son.

¿Algún progreso intermedio?

CK: Sí, ahora podemos construir un detector de conciencia primitivo, una novedad en la historia. Después de una lesión cerebral traumática, un derrame cerebral o un ataque cardíaco, las víctimas pueden quedar gravemente incapacitadas, incapaces de hablar o de señalar de otro modo su estado consciente. ¿Siguen albergando una mente atrapada en un cuerpo dañado (conciencia encubierta) o realmente “no están ahí”? Marcello Massimini, Giulio Tononi y sus colegas clínicos, motivados por la IIT, están probando un dispositivo que aplica un pulso magnético al cerebro del paciente, registra las reverberaciones eléctricas resultantes a través de una red de electrodos en el cuero cabelludo y calcula la complejidad de este patrón eléctrico para inferir si el paciente está consciente, como si se escuchara la calidad de los sonidos que hace una campana cuando suena. Diagnosticar la conciencia y predecir la probabilidad de recuperación brinda consuelo a la familia y ayuda a tomar decisiones sobre si retirar la terapia de soporte vital.

¿Qué es lo que más te emociona?

CK: Me intriga profundamente la exploración de los mecanismos que subyacen a las experiencias que están desvinculadas de la conducta, en particular el soñar, meditar o consumir psicodélicos. Cuando las personas consumen psicodélicos y enteógenos clásicos, como la ayahuasca, la 5-MeO-DMT, la DMT o la psilocibina, pueden encontrarse con un vasto universo de experiencias imaginables e inimaginables, cualquier cosa entre el cielo y la tierra, y más allá. Estas alteraciones de la conciencia son, por supuesto, las razones por las que las personas emprenden estos viajes visionarios y reveladores. Estas experiencias intensas y a menudo profundamente transformadoras se describen constantemente como unas de las más significativas en la vida de las personas.

 Sin embargo, como los psiconautas son inmóviles, con los ojos cerrados, muchas herramientas experimentales de la psicología (“presiona un botón cuando te sientas uno con el universo”) son ineficaces para comprender lo que sucede en sus cerebros y deben idearse nuevos protocolos experimentales.

¿Por qué es esto interesante?

CK: El desafío consiste en comprender cómo un cerebro, con una actividad hemodinámica reducida según los hallazgos recientes, puede servir como sustrato para esos estados de conciencia “expandidos”. Como los cerebros están compuestos por miles de tipos de células y albergan más de una docena de receptores de serotonina distintos, incluidos los receptores fundamentales 5-HT-2A, está claro que sabemos poco, lo que nos lleva a sentirnos humildes.
Explorar la belleza y los misterios que habitan en nuestro interior y en el mundo que nos rodea nos brinda una inmensa alegría y nos lleva a una vida plena. Nunca dejes de buscar.

texto original  :https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(24)00160-0