Entender el cerebro, un reto tan viejo como nuevo
El estudio del cerebro requiere tecnología punta y colaboración entre disciplinas
Científica y catedrática de la Universitat Pompeu FabraLa fascinación por el cerebro, ese gran desconocido, hace siglos que dura. El cerebro humano es un producto de una evolución de millones de años. Sabemos que sus capacidades no dependen simplemente del tamaño absoluto o relativo que tenga, sino de la diversidad celular y de los patrones de conectividad entre las células. El cerebro es un mosaico formado por diferentes tipos de células, cada una con propiedades únicas, y las más comunes son las neuronas y las células de la glía. El cerebro humano adulto contiene aproximadamente cien mil millones de neuronas y más células de glía. Cada neurona está conectada con unas mil neuronas más, y esto hace que el número de conexiones sea de aproximadamente cien billones. Y estas conexiones están organizadas en redes neuronales con funciones determinadas. Teniendo en cuenta estos datos, no es de extrañar que seamos tantos los que queremos entender cómo se genera esta complejidad.
Sabemos que los circuitos neuronales funcionales del cerebro y, por tanto, las redes de cableado neuronal se construyen durante el desarrollo embrionario a partir de unos programas génicos establecidos. Estos programas se desarrollan de manera exquisitamente orquestada y permiten poner en marcha la estrategia del desarrollo embrionario: construir estructuras neuronales muy simples donde se irá añadiendo complejidad a medida que el embrión se desarrolle. Es la misma estrategia que cuando se construye un edificio: primero se hacen los cimientos y encima se edifica todo lo demás.
Si podemos entender cómo las células madre del cerebro ejecutan estos programas y cómo se coordinan para dar lugar a un cerebro funcional durante el desarrollo embrionario, comprenderemos mejor los principios básicos de la producción de neuronas para poder reconstruir estos circuitos neuronales con fines terapéuticos. Esta aproximación, sin embargo, solo permite entender cuáles son las piezas de este mecano y las instrucciones a seguir para construirlo.
Siguiendo el mismo razonamiento de entender cómo se añade complejidad a sistemas más simples, y considerando que la presión evolutiva hace que las especies mantengan las funciones fundamentales para sobrevivir, desvelar cómo se establece la arquitectura neuronal del cerebro en organismos más simples como la mosca Drosophila, el gusano elegante, el pez cebra o el ratón, nos ayudará a descifrar los mecanismos operativos en organismos complejos como los humanos. Aunque nos sorprenda, los circuitos neuronales básicos están muy conservados en todos los vertebrados. ¡Los mecanismos génicos clave se conservan incluso en invertebrados!
Un reto colectivo
Las revoluciones tecnológicas acompañan a los nuevos descubrimientos, y en la última década se está avanzando a pasos agigantados en la construcción de los mapas de las conexiones neuronales en el cerebro de la Drosophila y de vertebrados como el pez cebra y el ratón. Cada vez la búsqueda es más interdisciplinaria. Biólogos, físicos, científicos de la computación y matemáticos trabajamos juntos para construir los mapas de conexiones neuronales de los diversos modelos.
Las iniciativas de investigación a gran escala, como la europea Human Brain Project, puesta en marcha en 2013, o la estadounidense The BRAIN Initiative, iniciada por Obama en 2014, han apostado por la construcción de infraestructuras de investigación colaborativa en medicina, computación y neurociencias, con el objetivo de revolucionar nuestra comprensión sobre el funcionamiento del cerebro humano. Estas iniciativas incorporan expertos en ciencias de la computación e inteligencia artificial (IA) para ayudar a descifrar y modelar los circuitos neuronales como si fueran redes de conexión. La idea es generar modelos que ayuden a entender la sofisticación de nuestro cerebro y la capacidad que tiene de generar comportamientos complejos. A pesar de las críticas que han suscitado, se han hecho grandes avances y se ha estimulado la financiación en Silicon Valley con el objetivo de desarrollar nuevas herramientas de IA para desvelar el código neural ("cracking the neural code").
¿Cuáles son los retos por afrontar en los próximos diez años? Según el MIT Technological Review, el primero sería entender qué hace que nuestro cerebro sea único, entendiendo cuáles son los principios de este diseño singular que gobiernan esta variabilidad. El segundo, entender cómo el cerebro es capaz de resolver problemas computacionales complejos en nuestra vida cotidiana (cómo reconocemos estados emocionales diferentes, cómo traducimos lenguas, etc.) y tercero, cómo utilizamos toda esta información para diagnosticar y prevenir enfermedades mentales y cómo restauramos las funciones cerebrales cuando hay daños.
Para responder con éxito estos retos hay que unir esfuerzos y conocimiento, continuar trabajando en la interdisciplinariedad y al mismo tiempo mejorar la tecnología disponible. Esto conlleva una aproximación global, por lo que se está considerando crear una infraestructura tecnológica para colaborar a escala mundial. Sería una "International Brain Station". ¿Seremos capaces de ponernos todos de acuerdo, comunidad científica, ciudadanía y gobiernos, para construirlo? Aquí tenemos otro reto que no deberíamos tardar mucho en encarar.
