Katrin Amunts, neurocientífica: “Nuestros cerebros son diferentes entre sí y muy redundantes, y eso ayuda a recuperar lesiones”

Para Katrin Amunts (Potsdam, Alemania, 61 años), especialista en cartografía cerebral y una de las neurocientíficas más relevantes de nuestro tiempo, “el cerebro es el sistema más apasionante y complejo que se pueda estudiar”. Como explica a EL PAÍS por videoconferencia la catedrática del Instituto Cécile y Oskar Vogt de Investigación Cerebral de la Universidad de Düsseldorf y directora del Instituto de Neurociencia y Medicina del Centro de Investigación de Jülich, esa complejidad radica en su organización en múltiples escalas espaciales y temporales: desde el nivel molecular, al de los grandes sistemas cognitivos que nos permiten hablar o recordar; de los milisegundos en que reaccionan sus células, a los cambios que experimenta durante toda nuestra vida.

Desde 2016, Amunts también ha sido la directora científica del monumental Human Brain Project (Proyecto Cerebro Humano o HBP, por sus siglas en inglés), uno de los mayores desafíos científicos nunca financiados por la Unión Europea, concluido tras una década el pasado septiembre. En su marco se han logrado crear mediante supercomputadores modelos virtuales capaces de simular la actividad cerebral para mejorar el tratamiento de la epilepsia, las enfermedades neurodegenerativas, la esquizofrenia o la ceguera. Una fusión entre la neurociencia y la tecnología en la que han colaborado 155 instituciones de 19 países y que lega más de 3000 publicaciones científicas, avances en inteligencia artificial, el atlas digital tridimensional más detallado de este órgano y una infraestructura de investigación digital denominada EBRAINS, que seguirá disponible para todos los investigadores del planeta.

Pregunta. ¿Han cumplido su propósito?

Respuesta. El HBP ha buscado contribuir a una comprensión más profunda del cerebro humano con una investigación basada en las TIC (tecnologías de la información y la comunicación) y trasladarla a la medicina, las nuevas tecnologías y la informática. Lo hemos hecho mediante EBRAINS, que consta de numerosas herramientas, como el atlas virtual, y dispone de miles de datos diferentes de nuestro cerebro y del de otros animales. Permite desarrollar simulaciones a nivel molecular, celular, de redes neuronales o de todo el cerebro y ejecutar análisis en superordenadores o en dispositivos de computación neuromórfica.

P. ¿Cómo se modela algo que cambia desde que nacemos hasta que morimos?

R. No buscamos modelar todo el cerebro en su complejidad, siempre es algo específico. Tenemos una pregunta muy concreta en mente que luego modelamos y simulamos de forma digital.

P. ¿Cómo funcionan el atlas del cerebro y el Cerebro Virtual (The Virtual Brain)?

R. El atlas es como Google Maps, pero para el cerebro. Hay mapas muy diferentes, sobre la composición molecular o celular, sobre la conectividad neuronal… y podemos combinarlos e ir de lo micro a lo macro. El atlas del HBP contiene más de 200 zonas definidas microestructuralmente, más que ningún otro atlas del mundo. Es muy preciso, capta las variaciones de las áreas cerebrales entre sujetos, la llamada variabilidad interindividual, lo que es fundamental para tratar pacientes. Por su parte, el Cerebro Virtual es una plataforma neuroinformática que permite desarrollar modelos digitales personalizados con fines clínicos. Por ejemplo, para planificar la cirugía de la epilepsia o mejorar la localización de electrodos que permitan la estimulación cerebral profunda en el Parkinson cuando los fármacos ya no son eficaces.

P. ¿Qué otras aplicaciones clínicas tienen?

R. Mediante simulaciones a nivel molecular se están identificando fármacos más potentes para enfermedades como las neurodegenerativas. También hay avances en los trastornos de la consciencia, como los pacientes en coma. Conocer su profundidad tiene consecuencias para la terapia y para los familiares. Marcelo Massimini y Steve Laurie, investigadores de Milán y Lieja han desarrollado un índice para estimar la complejidad de la actividad cerebral que permite graduar esa profundidad y ayuda a desarrollar la estrategia para despertarlos.

P. ¿Son muy distintos nuestros cerebros?

R. Sí, a todos los niveles. Del microscópico, al celular, hasta el cerebro en su conjunto. Por eso nuestro atlas se basa en mapas microestructurales de 10 cerebros humanos diferentes, cinco masculinos y cinco femeninos. Proporcionamos mapas probabilísticos, muestran la probabilidad con la que se puede encontrar determinada área cerebral en cierta posición combinando neuroimágenes o datos fisiológicos de un paciente con la información del atlas.

P. ¿Se diferencian los cerebros de mujeres y hombres?

R. Las similitudes son mayores, pero hay diferencias específicas de género. A nivel funcional, existen diferencias en el lenguaje o la navegación espacial. A nivel estructural, las hay en el córtex visual o en las áreas relacionadas con el lenguaje. Pero como tenemos esa amplia variabilidad interindividual, es difícil comprender el significado funcional de una sutil diferencia estructural. Por ejemplo, las mediciones de inteligencia no difieren entre mujeres y hombres, podría haber diferentes estrategias que la evolución ha elegido para lograr cierto objetivo. Son diferentes, pero eso no está necesariamente relacionado con una ventaja o una desventaja.

P. Para llegar a su posición, ¿ha afrontado retos distintos a los que habría tenido un hombre?

R. Es difícil decirlo. Existe un desequilibrio entre hombres y mujeres en puestos directivos y uno de mis objetivos desde el principio fue cambiar esa situación. Para un proyecto tan grande tenemos posibilidades e invitamos a empresas externas para que nos asesorasen. Así, hemos desarrollado actividades de concienciación y convocatorias o conferencias equilibradas en cuanto al género. Como investigadora, tenía un interés particular en apoyar el equilibrio de género porque, además de una dimensión social —quién dirige, quién es la cara visible—, también tiene una dimensión científica y consecuencias directas para la medicina. Muchas terapias se han probado sólo en cohortes masculinas, pero los cuerpos femeninos reaccionan de forma algo diferente. Hemos conseguido bastante, pero no podemos darnos por satisfechos.

P. Si tuviera que destacar una sola cosa que no supiera hace 10 años, ¿cuál sería?

R. Me interesa cómo se organiza el cerebro en áreas y en estos diez años hemos aprendido que está mucho más fragmentado de lo que creíamos. También que se parcela siguiendo principios jerárquicos, no es solo un mosaico. Un ejemplo es el área de Broca, responsable del lenguaje. La conocemos desde hace 160 años y siempre se supuso que se subdividía en dos áreas, la 44 y la 45. Ahora sabemos que toda la región tiene más de una docena de áreas y que hay un montón por encima, y otro montón por debajo.

P. ¿Qué le gustaría lograr de aquí a otra década?

R. Un gran reto es comprender las relaciones entre los distintos niveles de organización cerebral. Todavía hoy, muchas investigaciones se centran en un aspecto de esa organización, pero es necesario tender un puente entre esas diferentes escalas, lo que es más factible con EBRAINS. Sin digitalización no podemos abordar esta complejidad, necesitamos superordenadores, ordenadores mórficos y ordenadores cuánticos. Veo muchos progresos y sinergias entre la neurociencia, la informática y la tecnología.

P. ¿Qué hemos aprendido sobre cómo se recuperan o renuevan las neuronas y el tejido cerebral?

R. Hay distintas formas de restaurar la función. Se pueden formar nuevas neuronas, pero en el cerebro humano esto sólo se demuestra en algunas regiones, como el hipocampo. También es difícil de demostrar, la verdad. Y no hay que imaginarse que se renuevan como el músculo o la piel; tienen una cierta capacidad para proliferar y madurar, pero no está claro si eso puede restaurar la función o hacer que mejore. Sí sabemos que es posible aumentar la eficacia de la transmisión sináptica entre neuronas. También que el cerebro tiene muchas formas paralelas de conectar regiones cerebrales entre sí, es muy redundante, lo que nos ayuda a resolver la misma cuestión mediante otras redes neuronales. Así, restaurar funciones y capacidades es el logro del cerebro como órgano, como sistema.

P. ¿Tiene motores secundarios o terciarios, si falla el principal?

R. La redundancia se refiere a la conectividad. Hay 86.000 millones de neuronas y cada una tiene diez mil sinapsis, al menos en el córtex. Luego tenemos dos o tres millones de kilómetros de axones y dendritas. No es una sola célula la que proyecta a otra célula que ejecuta una función, siempre hay grupos y racimos de células. Y estos grupos forman redes. Percibimos la conectividad también como un sistema jerárquico. Tenemos redes de redes de redes. Simplemente, hay mucha flexibilidad.

P. ¿Puede poner un ejemplo?

R. En un experimento pedí citar nombres de flores cada dos segundos. Hay diferentes maneras de hacerlo: diciendo lo primero que te viene a la mente, de forma alfabética o yendo al jardín y contando las que ves. Son estrategias diferentes de responder a una pregunta semántica simple que utilizan redes diferentes para cumplir la misma función cognitiva. También respecto a las diferencias de género y la navegación espacial. Las mujeres se orientan más mediante puntos de referencia: “cuando veas la casa amarilla, gira a la derecha hasta llegar a la panadería”; mientras, los hombres siguen más a menudo una orientación geográfica: “ve al Este, luego gira a la derecha”. No se trata de si son mejores o no, ambas pueden ser exitosas.

P. También funciona en un infarto cerebral, ¿correcto?

R. Sí. Tras un ictus, la rehabilitación puede intentar activar el tejido en la zona de penumbra (periférica al infarto) para que asuma algunas responsabilidades y esto se puede aprender. Unos colegas de Lausana han desarrollado un método de estimulación para pacientes tras una parálisis por una lesión transversal completa de la médula espinal. Consiguen estimular la médula bajo la lesión para que los músculos reaccionen. Es un tipo de rehabilitación que nunca habíamos imaginado.

P. ¿Lo hace el paciente mediante un dispositivo?

R. Sí, pero también es un proceso de aprendizaje, como cuando quienes han perdido una pierna aprenden a usar una prótesis. Si funciona bien, la sienten como parte de su cuerpo. Es más que tener un dispositivo, es recuperar el movimiento. Es medicina de alta tecnología, hay muy pocos centros capaces de hacer cirugías tan difíciles y obviamente no funcionará en todas las lesiones, pero es algo que ni siquiera soñábamos cuando empezó el HBP.

Otro ejemplo es el de unos colegas de Ámsterdam que están desarrollando prótesis visuales para lesiones en la retina. Han desarrollado guías de electrodos (dispositivos con múltiples microelectrodos) que se implantan en el córtex visual, estimulándolo de forma que se perciben de nuevo contornos de personas o de figuras. Las primeras pruebas en humanos han tenido éxito. Sería un gran avance en la intersección de la neurociencia y las nuevas tecnologías médicas y computacionales. Es muy emocionante verlo. El HBP era precisamente el lugar donde ocurren estas cosas, un entorno para investigaciones que cruzan la frontera entre disciplinas.

P. ¿Cómo conforma el cerebro la personalidad?

R. La variabilidad interindividual se ha percibido en el pasado como un ruido que tenemos que eliminar para llegar a “la descripción” del cerebro. Por supuesto, esto es sólo media verdad. Hay investigaciones con resonancia magnética que estudian cómo la activación de redes neuronales varía en función del perfil de personalidad, pero aún no se entiende cómo los rasgos de personalidad se descomponen a nivel celular. Sólo en enfermedades, como una muy rara llamada Urbach-Wiethe. Son personas que no tienen empatía y tienen una calcificación de la amígdala. Aquí tenemos un hallazgo clínico y una relación, pero para otros rasgos de la personalidad, está muy inexplorado. Y somos sistemas complejos; nos rodean muchos otros seres humanos y eso nos da forma.

P. A medida que avanza la investigación sobre el cerebro de otros animales, ¿deberíamos sentirnos privilegiados o más humildes?

R. Depende de la personalidad, supongo. Yo me sentiría más humilde, sinceramente. Vemos similitudes sorprendentes y que la evolución fue en direcciones diferentes. Somos privilegiados porque podemos moldear nuestro entorno, pero este privilegio conlleva una responsabilidad. Conocer el cerebro de los simios, los mamíferos o las aves nos ayuda a comprender el nuestro, pero también a apreciar a las otras especies. Tenemos un conocimiento muy limitado si lo comparamos con la enorme cantidad de las existentes, es como una gota en el océano. Ni siquiera sabemos mucho sobre las vacas o los cerdos, animales que nos rodean. Eso debería cambiar para apreciar mejor la ecología.

P. ¿Podremos leer la mente de las personas?

R. Ya es posible predecir algunas actividades cerebrales en contextos experimentales. El aprendizaje profundo (deep learning) es un método muy poderoso para explicar patrones. La pregunta es hasta dónde llega y cuáles son el límite de comprensión y el esfuerzo necesario para obtener dicha información. Pero quizás ya podemos conseguir más analizando nuestros teléfonos móviles, siguiendo el patrón de movimiento y de uso de los smartphones. Nos enfrentamos a cuestiones importantes y complejas. Por cierto, en el HBP tuvimos desde el principio un subproyecto de ética y filosofía. No ha sido una colaboración fácil, son personas con un ángulo diferente, pero muy fructífera y necesaria.

P. Hay quienes plantean la necesidad urgente de regular sobre neuroderechos.

R. La normativa se aborda de forma diferente entre países europeos, a veces incluso de una universidad a otra, pero ya contamos con un rico cuerpo regulatorio y comités éticos. El avance en la investigación redunda en beneficio de la sociedad y de Europa. Aunque hay una situación muy competitiva a nivel mundial, el HBP ha sido pionero en neurociencia digital como en ninguna otra parte del mundo. Podemos ser muy optimistas de cara a la próxima década.

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