La meta, entender la conciencia humana

En la difícil lucha contra las enfermedades neurodegenerativas, ya no basta con la medicina para entender a ese complicado enemigo que es un cerebro desajustado. Los profesionales de la neurociencia se ven obligados a buscar nuevos aliados y los han encontrado en los físicos. Investigadores de ambas disciplinas se han unido en un proyecto europeo con el objetivo de entender mejor los mecanismos de coordinación cerebral y así comprender algunos de los fallos que se desencadenan en el Alzheimer y la epilepsia. Todo ello con el objetivo de intentar generar nuevas herramientas para conseguir su detección precoz. El proyecto, que arrancó en enero pasado y durará hasta finales de 2009, se llama GABA (Global Approach to Brain Activity) y lo lidera un grupo español, de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC), encabezado por el físico Jordi García Ojalvo (Barcelona, 1968) como coordinador.

Se puede cuantificar cómo la corteza cerebral va perdiendo espesor

Un exceso o un defecto en la sincronización de las neuronas produce enfermedades

Su equipo intentará dar con modelos teóricos del funcionamiento del cerebro enfermo a partir de los datos aportados por otros grupos que ejercen como socios del proyecto. La información sobre el Alzheimer que utilizarán proviene de otro grupo español: el Laboratorio de Neurociencia Funcional de la Universidad Pablo de Olavide de Sevilla, que destaca por sus investigaciones sobre la detección precoz del Alzheimer con técnicas que permiten estudiar el funcionamiento cerebral in vivo. Los datos sobre epilepsia proceden de un laboratorio similar delhospital de la Pitié-Salpêtrière en París. También colabora el grupo de Wolf Singer, director del Instituto Max Planck de Investigación Cerebral de Francfort y uno de los más notables científicos alemanes.

"El cerebro es demasiado complejo como para intentar resolver sus problemas sólo desde una perspectiva médica", explica José Luis Cantero, fisiólogo de la Pablo de Olavide. La reciente teoría de la complejidad, que intenta explicar el funcionamiento de redes con muchos elementos, es el instrumento clave que quieren incorporar: "El cerebro es el sistema complejo por excelencia", dice García Ojalvo, "más que cualquier máquina hecha por el hombre. Un avión Boeing 777, quizás uno de los artefactos más complejos existentes, tiene unos 150.000 diferentes subsistemas formando una gran red de módulos organizada mediante elaborados protocolos a través de mil ordenadores que automatizan todas las funciones del avión". Pues bien, añade, "en el cerebro, la complejidad ocurre a una escala mucho mayor, con centenares de miles de millones de neuronas, cada una de ellas conectada individualmente con otras 10.000 neuronas como promedio".

Precisamente, la respuesta última a la complejidad del cerebro radica en esa pléyade de conexiones: "El cerebro es mucho más que la suma de sus partes, las neuronas, y eso ocurre porque están organizadas y acopladas mediante protocolos mucho más complicados que los del Boeing", dice García Ojalvo. "Queremos entender qué papel juega la sincronización entre poblaciones de neuronas y cómo regula las funciones cognitivas superiores, tales como la memoria, la atención, el aprendizaje, las emociones o el lenguaje", comenta Cantero.

Los objetivos son muy ambiciosos y García Ojalvo apunta que la meta teórica sería "entender qué es la conciencia humana". De hecho, el proyecto GABA ha sido apoyado con 1,6 millones de euros de un programa europeo cuyo objetivo es "financiar investigaciones científicas poco convencionales y visionarias". Esta singularidad es certificada por Cantero: "Este proyecto es muy novedoso, porque trata de avanzar en el conocimiento del funcionamiento cerebral a través de aquellos científicos que mejor conocen las leyes que describen la complejidad, desmitificando la separación entre la física y la neurociencia".

Las metas más inmediatas son descifrar los mecanismos que rigen comportamientos sincronizados en algunas áreas cerebrales con la esperanza de desvelar las incógnitas sobre dos grandes anomalías asociadas a una sincronización aberrante. La primera es aquella en la que se produce un exceso de coordinación cerebral: "Enfermedades como la epilepsia y el Párkinson se caracterizan porque hay un exceso de sincronización neuronal", explica García Ojalvo. "En un ataque de epilepsia las neuronas se comportan de una forma similar a una orquesta en la que todos los intérpretes tocaran igual: sin distinciones, ni tonalidades". El grupo parisiense es el que está especializado en epilepsia y, mediante electroencefalogramas intracraneales y resonancias magnéticas del cerebro, trabaja en la detección del epicentro de la sincronización anormal, donde suele estar el foco del problema.

En la enfermedad de Alzheimer se produce el efecto opuesto. "Las neuronas corticales mueren, disminuyendo la conectividad anatómica cerebral y su capacidad para sincronizarse", resume García Ojalvo. "Estudiamos a personas entre 65 y 85 años, algunas con pérdidas de memoria normales propias del envejecimiento y otras que padecen deterioros cognitivos leves que suelen preceder a la enfermedad de Alzheimer", añade Cantero. "Estudiamos la integridad funcional de su cerebro mediante tomografía por emisión de positrones y registros electroencefalográficos con 64 sensores en la corteza cerebral".

Pero los análisis no acaban ahí: "Al mismo paciente se le realiza una resonancia magnética de cerebro, a partir de la cual calculamos el volumen de algunas estructuras del sistema nervioso claves para la cognición", dice Cantero. En la actualidad se puede cuantificar cómo la corteza cerebral, la parte más superficial del sistema nervioso, va perdiendo espesor y, por tanto, funcionalidad en algunos pacientes de Alzheimer. "Es un signo de que algo podría estar funcionando mal", advierte.

Cuatro físicos de la UPC estudian todos los datos y se aplican a construir con ellos modelos teóricos de la complejidad cerebral. Servirán para deducir estructuras y formas de conexión neuronal afectadas en el Alzheimer y otras patologías neurológicas. Con ellos, los especialistas médicos podrían disponer de marcadores dinámicos para predecir la enfermedad. Al calcularlos, los físicos se valen de ecuaciones diferenciales que modelan el comportamiento de conjuntos de neuronas, así como de la experiencia de este grupo en el estudio de la sincronización de láseres, un campo aparentemente muy lejano a la neurociencia pero con sorprendentes similitudes: "Los láseres de semiconductores tienen, bajo ciertas condiciones, un comportamiento dinámico parecido a las neuronas, ambos se activan y desactivan a medida que transcurre el tiempo, como si fueran interruptores; a veces lo hacen espontáneamente y otras cuando reciben señales", dice García Ojalvo.

Cantero tiene confianza en los resultados que se puedan obtener: "Los modelos procedentes de la física nos dan muchas herramientas para anticiparnos, porque la presencia de complejidad en el cerebro podría ser un signo de salud mental, mientras que su ausencia va unida a la enfermedad".