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Nuevas técnicas para desvelar cómo funciona el cerebro

La reconstrucción del órgano está todavía lejana, 100 años después de Cajal

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Aunque mucho se ha avanzado desde que Cajal elaborara hace más de un siglo su hipótesis sobre cómo se conectan las neuronas, uno de los principales retos de la neurociencia sigue siendo conocer el diseño estructural de los microcircuitos cerebrales y cómo estos circuitos contribuyen al funcionamiento del cerebro. La tarea es tan grande y compleja que puede llevar al pesimismo. Sin embargo, el especialista español Javier de Felipe se muestra optimista en el ensayo que ha publicado en Science sobre qué se puede hacer en el estudio del cerebro humano y su optimismo se basa en las nuevas herramientas disponibles, incluidos los análisis estructurales y computacionales.

El objetivo es relacionar el conocimiento a tres escalas diferentes: con el conectoma, que representa las conexiones macroscópicas e intermedias del cerebro, y el sinaptoma, las conexiones microscópicas entre sinapsis (las zonas por las que se comunican las neuronas). Los diagramas de circuito del sistema nervioso son imposibles de completar sinapsis a sinapsis, reconoce De Felipe, pero los avances en la capacidad para relacionar los datos macroscópicos y microscópicos pueden llevar a establecer un modelo estadístico realista para describir la conectividad en el nivel del sinaptoma, en vez de intentar la reconstrucción completa del cerebro, algo que todavía está muy lejano.

La base biológica de los procesos mentales tiene poco arraigo popular

De Felipe ve posible un modelo de ordenador de la corteza cerebral

La resonancia magnética nuclear, para estudios incluso en vivo, la microscopía óptica y la microscopía electrónica son, respectivamente, las herramientas de base para estudiar el cerebro en cada nivel de detalle, pero se están añadiendo continuamente otras. Entre ellas están los ratones arco iris, genéticamente modificados para expresar proteínas fluorescentes en conjuntos de células nerviosas, Además, se automatiza la reconstrucción en tres dimensiones de volúmenes grandes a partir de secciones ultrafinas cerebrales, con técnicas que se conocen por sus siglas (FIB-SEM), y que se acompañan de otras para marcar las neuronas individuales. En el estudio específico de tejidos humanos, procedentes de biopsias y autopsias, los avances técnicos son también muy importantes.

Las dificultades son tantas, a pesar de todo, que se han hecho necesarios grandes proyectos de investigación, como el Proyecto Conectoma Humano y el Blue Brain, en el que participa desde 2009 el Laboratorio de Circuitos Corticales (Universidad Politécnica de Madrid-CSIC) que dirige De Felipe. El objetivo final, según este experto, sería un modelo del cerebro, especialmente de la corteza, donde residen las funciones típicamente humanas y que representa el 85% del volumen total.

"¿Qué misteriosas fuerzas presiden la aparición de las expansiones, promueven su crecimiento y ramificación, provocan la emigración congruente de células y fibras, según direcciones prefijadas y como obedeciendo a sabio plan arquitectónico, y establecen, en fin, esos ósculos protoplásmicos, las articulaciones intercelulares, que parecen constituir el éxtasis final de una épica historia de amor?" Así se expresaba Cajal en Recuerdos de mi vida, publicado en 1917 y a esta historia de amor se refiere De Felipe, para el cual un final adecuado sería la construcción de una corteza en silicio -una corteza cerebral artificial en un ordenador- que considera ya posible.

Una pregunta sugerente es si llegaría a pensar esta corteza cerebral. De Felipe recuerda: "Para un materialista, los procesos mentales tendrían simplemente una explicación física y el problema cuerpo-mente lo enunciaría preguntándose: ¿Cómo lo físico puede engendrar un proceso mental o cómo lo mental puede ser explicado por un fenómeno físico? Para un dualista no existiría tal problema, porque la materia y el espíritu serían dos entidades absolutamente independientes, o, utilizando términos más modernos, los procesos mentales se manifestarían a través del cerebro, pero éste no sería la causa", y añade: "Quizá, una de las principales contribuciones de la neurociencia actual ha sido abordar el tema de los procesos mentales desde un punto de vista biológico, pero es llamativo el poco arraigo popular e influencia en la sociedad del conocimiento neurocientífico: debido a la poca cavilación sobre la relación entre el cerebro y nuestra humanidad es frecuente encontrarnos con la dificultad de aceptar la naturaleza neural de los procesos mentales, incluso dentro de la comunidad científica".

A eso se refiere el comentario que sobre el artículo en Science le ha mandado su colega Matthew Kirkcaldie, de la Universidad de Tasmania: "Me encantaría ver una corteza de silicio, pero tengo una creencia profunda e irracional en que hay algo en las neuronas que no podemos capturar con la morfología y la electrofisiología".

* Este articulo apareció en la edición impresa del Miércoles, 8 de diciembre de 2010