Un nuevo método de reconstrucción digital muestra tres
neuronas que se ramifican extensivamente en todo el cerebro, incluyendo una que
se envuelve alrededor de toda su capa externa.
Una reconstrucción en 3D muestra una forma de "corona de
espinas" que proviene del Claustrum, una región ligada a la consciencia.
Nadie todavía entiende cómo una colección de células mostosas
en el cerebro da lugar a la maravilla de
la consciencia que se observa en animales de orden superior, incluidos los
humanos. Pero dos descubrimientos dan a los científicos pistas vitales sobre
cómo funciona la consciencia humana.
En 2014, una mujer de 54 años de edad fue a la Facultad de
Medicina de la Universidad de George Washington en Washington DC, para ser
tratada de epilepsia. En casos extremos
como el de ella, una opción es introducir electrodos en las regiones cerebrales
que pueden estar causando ataques epilépticos. Durante el tratamiento, sin
embargo, el doctor Mohamad Koubeissi y su equipo encontraron accidentalmente lo
que parecía ser un interruptor de encendido-apagado de la consciencia en el
cerebro.
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| Situación anatómica del Claustrum |
Cuando los electrodos estimularon cerca de una región
llamada el Claustrum en el cerebro de la mujer, la paciente dejó de leer y miró
fijamente al espacio. Dejo de responder a llamadas o gestos, y su respiración
se ralentizó. Cuando se detuvo la estimulación, la paciente recuperó la consciencia
y pero sin tener memoria del período perdido. Esto sólo ocurrió cuando la
estimulación se producía en el Claustrum,
y en ninguna otra región.
El caso de la mujer resultó ser sólo la evidencia que
Christof Koch del Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro estaba buscando
para avanzar en su comprensión de la consciencia. Koch cree que el Claustrum, una
región cerebral densamente conectada, es el "asiento" de la consciencia
en los cerebros (por lo menos de los seres humanos y los ratones, que él ha estudiado
extensivamente).
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| Las tres neuronas gigantes que rodean un cerebro de ratón. (Fotografía propiedad del Allen Institute for Brain Science) |
Ahora, en un artículo en la revista
Nature, Koch ha encontrado evidencia adicional que apoya su hipótesis. Mientras
estudiaba técnicas de captación de imágenes en los cerebros de los ratones,
Koch descubrió tres neuronas gigantes -células cerebrales que transmiten señales-
que emanan del Claustrum y se conectan a muchas regiones en ambos hemisferios
del cerebro. Una de esas neuronas envuelve todo el cerebro como una
"corona de espinas", según Koch. Él cree que esta neurona gigante
puede estar coordinando señales entre diferentes regiones del cerebro para crear la
consciencia.
Estas neuronas han permanecido ocultas hasta ahora, porque
las técnicas de imagen usadas para estudiar las neuronas individuales son
todavía bastante rudimentarias. El método más comúnmente utilizado consiste en
insertar un tinte en una sola neurona y trazar su trayectoria a mano. El método
de trabajo intensivo sólo ha producido un puñado de neuronas mapeadas de esta
manera.
El rastreo de todas las ramas de una neurona usando métodos
convencionales es una tarea masiva. Los investigadores inyectan células
individuales con un tinte, cortan el cerebro en secciones delgadas y luego
rastrean el camino de la neurona teñida a mano. Muy pocos han sido capaces de
rastrear una neurona a través de todo el órgano.
El nuevo método que han utilizado estos investigadores es menos invasivo y escalable, ahorrando tiempo y esfuerzo. Christof Koch mostró cómo su equipo rastreó tres neuronas de una pequeña y delgada capa de células de la región llamada Claustrum, un área que Koch cree que actúa como el asiento de la consciencia en ratones y seres humanos, con esta técnica novedosa.
El nuevo método que han utilizado estos investigadores es menos invasivo y escalable, ahorrando tiempo y esfuerzo. Christof Koch mostró cómo su equipo rastreó tres neuronas de una pequeña y delgada capa de células de la región llamada Claustrum, un área que Koch cree que actúa como el asiento de la consciencia en ratones y seres humanos, con esta técnica novedosa.
Koch y sus colegas diseñaron una línea de ratones para que
un determinado fármaco activara genes específicos en las neuronas de la región
del Claustrum. Cuando los investigadores alimentaron a los ratones con una
pequeña cantidad del fármaco, sólo un puñado de neuronas recibió suficiente cantidad
como para activar estos genes. Esto dio como resultado la producción de una
proteína fluorescente verde que se extendió por toda la neurona. El equipo tomó
entonces 10.000 imágenes transversales del cerebro del ratón y utilizó un
programa informático para crear una reconstrucción 3D de sólo tres células
brillantes.
Las tres neuronas se extendían a través de ambos hemisferios
cerebrales, y una de los tres envolvía toda la circunferencia del órgano como
una "corona de espinas". Koch nunca había observado hasta ahora como las
neuronas se extendían a través de las regiones del cerebro. El cuerpo del ratón
contiene otras neuronas largas, como una proyección nerviosa hasta la extremidad o
neuronas del tronco encefálico que se extienden hasta el cerebro para liberar moléculas de
señalización. Sin embargo, estas neuronas Claustrum parecen conectarse a la mayoría
o posiblemente a todas las partes externas del cerebro que reciben la
información sensorial y dirigen el comportamiento.
Koch ve esto como la evidencia de que el Claustrum podría
estar coordinando la emisión y recepción de señales a través del cerebro para
crear la consciencia. Las exploraciones cerebrales han demostrado que el Claustrum
humano es una de las áreas más densamente conectadas del cerebro, pero esas
imágenes, por ahora, no muestran la ruta de las neuronas individuales.
"Es muy admirable", según Rafael Yuste, un
neurobiólogo de la Universidad de Columbia en la ciudad de Nueva York. Yuste no
cree que la existencia de neuronas que rodean el cerebro demuestre
definitivamente que el Claustrum está involucrado en la consciencia. Pero dice
que la técnica será útil para generar el censo de los diferentes tipos de
células en el cerebro, lo que muchos piensan que será crucial para entender cómo
funciona este órgano.
Sería prioritario ver reconstrucciones en 3D de neuronas
individuales comparadas con el análisis de los genes expresados en esas
neuronas. Esto podría ofrecer pistas sobre el tipo y la función de cada célula.
Koch planea continuar realizando el trazado de las neuronas
que emanan del Claustrum, aunque la técnica es demasiado costosa para ser
utilizada para reconstruir cada una de estas neuronas en una escala grande. Le
gustaría saber si todas las neuronas de la región se extienden por todo el
cerebro, o si cada neurona es única, proyectándose a un área ligeramente
diferente.
El siglo XX ha visto un gran progreso en la ciencia del
cerebro, y parte de ella ha sido la asignación de funciones cerebrales a las
partes biológicas del órgano. Como ejemplo, podriamos poner la ceguera de cara, una condición que
implica que los enfermos no reconozcan ni siquiera la cara de sus familiares
próximos. Hemos aprendido que estas
personas tienen un problema en una región específica en el cerebro llamada área
fusiforme de la cara, lo que les impide formar la conexión para identificar la
cara de una persona, algo que la mayoría de la gente da por sentado.
Pero resolver el problema de la consciencia y encontrar sus
caminos físicos ha eludido a los científicos hasta ahora. Aunque la hipótesis
de Koch sobre el Claustrum necesitará mucha más investigación para ser probada,
la suya es una de las teorías más avanzadas que señalan los orígenes biológicos
de la consciencia. Si fuera correcta,
sería un gran paso adelante hacia la comprensión de lo que hace la experiencia
humana tan única.
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