El viaje del autodescubrimiento


Los estudios sobre la neurona comenzaron con Santiago Ramón y Cajal y su brillante obra. La neurona es fácil de definir y acotar y hoy tenemos un conocimiento muy avanzado sobre ella. El nivel sobre el que existe mayor desconocimiento es el de las redes o la conectividad. La inmensa red neuronal no es casual. Cada una de las conexiones importa y nos hace ser como somos. Por ello el neurocientífico Sebastian Seung afirma: “soy mi conectoma”.

 

Texto de la charla en español:

Vivimos en un tiempo notable: la era de la genómica. El genoma es toda la secuencia del ADN. Tu secuencia y la mía son levemente diferentes. Por eso tenemos aspectos diferentes. Yo tengo ojos marrones. Ustedes quizá azules o grises. Pero no es sólo superficial. Los titulares nos dicen que los genes pueden provocar enfermedades espantosas, y quizá modelar nuestra personalidad o provocarnos trastornos mentales. Nuestros genes parecen tener un poder impresionante en nuestro destino. Y, sin embargo, me gustaría pensar que soy más que mis genes. ¿Qué piensan muchachos? ¿Son Uds más que sus genes?  ¿Sí? Creo que algunas personas están de acuerdo conmigo. Creo que deberíamos hacer una declaración. Creo que debemos decirlo todos juntos: “Soy más que mis genes”. ¿Qué soy? Soy mi conectoma.

Hasta ahora se conoce un solo conectoma: el de este gusano minúsculo. Su modesto sistema nervioso consta de sólo 300 neuronas. Y en las décadas del 70 y 80 un equipo científico trazó el mapa de sus 7.000 conexiones interneuronales. En este diagrama cada nodo es una neurona y cada línea una conexión. Este es el conectoma del gusano C. elegans. Nuestro conectoma es mucho más complejo porque nuestro cerebro tiene más de 100 mil millones de neuronas y 10 mil veces más conexiones. Hay un diagrama como este para nuestro cerebro pero no hay manera de que quepa en esta diapositiva. Nuestro conectoma tiene un millón de veces más conexiones que letras en todo nuestro genoma. Eso es mucha información.

¿Qué hay en esa información? No lo sabemos con seguridad pero hay teorías. Desde el siglo XIX los neurocientíficos han especulado que quizá los recuerdos, la información que te define — quizá tus recuerdos, están almacenados en las conexiones interneuronales. Y tal vez otros aspectos de la identidad personal, quizá tu personalidad, tu intelecto, tal vez estén también codificados en las conexiones interneuronales. Ahora pueden ver por qué les propuse esta hipótesis: soy mi conectoma. No les pedí que lo canten porque sea cierto, sólo quiero que lo recuerden. Y, de hecho, no sabemos si esta hipótesis es correcta porque nunca hemos tenido tecnologías tan potentes como para demostrarla. Hallar el conectoma de ese gusano llevó una docena de años de tedioso trabajo. Y para encontrar conectomas de cerebros como los nuestros necesitamos tecnologías más sofisticadas, automatizadas, que aceleren el proceso de búsqueda de conectomas. En los próximos minutos les voy a contar de alguna de estas tecnologíasque se encuentran actualmente en desarrollo en mi laboratorio y en el de mis colaboradores.

Probablemente ya hayan visto imágenes de neuronas. Pueden reconocerlas instantáneamente por sus formas fantásticas. Tienen largas y delicadas ramificaciones;en pocas palabras: parecen árboles.

Pero esto es una sola neurona. Para encontrar conectomas tenemos que ver todas las neuronas al mismo tiempo. Vamos a conocer a Bobby Kasthuri del laboratorio de Jeff Lichtman de la Universidad de Harvard. Bobby tiene allí rebanadas muy delgadas de un cerebro de ratón. Y lo estamos aumentando 100.000 veces para tener la resolución que nos permita ver las ramas de neuronas todas al mismo tiempo. Salvo que todavía no pueden reconocerlas y por eso tenemos que trabajar en tres dimensiones.

Si tomamos muchas imágenes de muchas rebanadas del cerebro y las apilamosobtenemos una imagen tridimensional. Todavía no pueden ver las ramas. Así que empezamos por arriba y coloreamos de rojo la sección transversal de una rama, y hacemos lo mismo con la rebanada siguiente y con la próxima. Y seguimos así, rebanada tras rebanada. Si continuamos con toda la pila podemos reconstruir la figura tridimensional de un pequeño fragmento de la rama de una neurona. Y podemos hacerlo con otra neurona en verde. Y puede verse que la neurona verde toca a la neurona roja en dos partes, y eso es lo que se llama sinapsis.

Acerquémonos a una sinapsis. Mantengamos la vista en el interior de la neurona verde. Deberían ver unos circulitos. Se llaman vesículas. Contienen una molécula conocida como neurotransmisor. Y así, cuando la neurona verde quiere comunicarse, cuando quiere enviar un mensaje a la neurona roja, escupe un neurotransmisor. En la sinapsis las dos neuronas se dice que están conectadas como dos amigas que hablan por teléfono.

Ya ven cómo encontrar una sinapsis. ¿Cómo podemos encontrar un conectoma? Bueno, tomamos esta pila de imágenes tridimensionales y la procesamos como si fuese un libro para colorear en 3D. Pintamos cada neurona con un color diferente y luego miramos en todas las imágenes, encontramos las sinapsis y anotamos los colores de las dos neuronas involucradas en cada sinapsis. Si pudiéramos hacer esto con todas las imágenes encontraríamos un conectoma.

Hasta ahora han aprendido lo básico sobre neuronas y sinapsis. Por eso creo que están listos para abordar uno de los temas más importantes de la neurociencia: ¿en qué difieren los cerebros de hombres y mujeres?  Según este libro de auto-ayuda el cerebro masculino es como un gofre; mantienen su vida dividida en secciones. El cerebro femenino es como los espaguetis: todo en su vida está relacionado con todo lo demás. Ustedes se ríen, pero este libro cambió mi vida. En serio, ¿cuál es el error en esto? Ya saben lo suficiente como para responder cuál es el error en esta afirmación. No importa si uno es hombre o mujer todos los cerebros son como espaguetis. O tal vez son capellini delgadísimos con ramificaciones. Así como un espagueti toca a muchos otros en el plato, una neurona toca a muchas otras mediante sus ramas enredadas. Una neurona puede estar conectada con muchas otras, porque puede haber sinapsis en muchos puntos de contacto.

En el siglo XVII el matemático y filósofo Blaise Pascal, escribió sobre su temor al infinito, su sensación de insignificancia al contemplar las vastas extensiones del espacio exterior. Y, como científico, no se supone que deba hablar de mis sensaciones. Demasiada información, profesor. Pero,  puedo? Siento curiosidad, y siento asombro, pero a veces, también desesperación. ¿Por qué elegí estudiar este órgano tan asombroso en su complejidad que bien podría ser infinito? Es absurdo. ¿Cómo nos atrevemos siquiera a pensar que alguna vez podremos entender esto?

Y, sin embargo, persisto en este empeño quijotesco. De hecho, actualmente abrigo nuevas esperanzas. Algún día una flota de microscopios capturará cada neurona y cada sinapsis en una gran base de datos de imágenes. Y algún día supercomputadoras con inteligencia artificial analizarán las imágenes sin supervisión humana para sintetizarlas en un conectoma. No lo sé, pero espero vivir para ver ese día. Porque hallar un conectoma humano entero es uno de los desafíos tecnológicos más grandes de todos los tiempos. El éxito demandará el trabajo de generaciones. En la actualidad, mis colaboradores y yo, estamos buscando algo mucho más modesto, sólo encontrar conectomas parciales de pequeños trozos de cerebro de ratones y humanos. Pero incluso eso será suficiente para las primeras pruebas de esta hipótesis de que soy un conectoma. Permítanme que intente convencerlos de la plausibilidad de esta hipótesis,que vale la pena tomar en serio.

A medida que crecemos en la infancia y envejecemos en la adultez nuestra identidad cambia lentamente. Del mismo modo cada conectoma cambia con el tiempo. ¿Qué tipo de cambios ocurren? Bueno, las neuronas, como los árboles, pueden tener nuevas ramas y perder otras. Se pueden crear sinapsis y se pueden eliminar otras. Y las sinapsis pueden aumentar de tamaño, y pueden disminuir de tamaño. Segunda pregunta: ¿qué provoca estos cambios? Bueno, es verdad. Hasta cierto punto están programados por los genes. Pero esa no es la historia completa porque hay señales, señales eléctricas, que viajan por las ramas de las neuronas y señales químicas que saltan de rama en rama. Estas señales se llaman actividad neuronal. Y hay mucha evidencia de que la actividad neuronal codifica el pensamiento, los sentimientos y las percepciones, nuestras experiencias mentales. Y hay mucha evidencia de que la actividad neuronal puede hacer que cambien nuestras conexiones. Y si se unen estos dos hechos esto significa que nuestras experiencias pueden cambiar nuestro conectoma. Por eso cada conectoma es único, incluso los de gemelos genéticamente idénticos. El conectoma es la confluencia de naturaleza y crianza. Y podría ser cierto que el mero acto de pensar puede cambiar nuestro conectoma; una idea que puede resultar poderosa.

¿Qué hay en esta imagen? Una corriente de agua fría y refrescante, dicen. ¿Qué más hay en esta imagen? No se olviden del surco de la Tierra llamado lecho del arroyo. Sin él el agua no sabría en qué dirección fluir. Y con el arroyo me gustaría proponer una metáforade la relación entre la actividad neuronal y la conectividad. La actividad neuronal cambia constantemente. Es como el agua del arroyo; nunca se queda quieta. Las conexiones de la red neuronal del cerebro determinan las vías por las que fluye la actividad neuronal.Entonces el conectoma es como el lecho del arroyo. Pero la metáfora es más rica.Porque es verdad que el lecho del arroyo guía al flujo de agua pero, con el tiempo, el agua también da forma al lecho del arroyo. Y como acabo de decirles la actividad neuronal puede cambiar al conectoma. Y si me permiten elevar el nivel de la metáforales recordaré que la actividad neuronal es la base física, eso dicen los neurocientíficos,de los pensamientos, los sentimientos y las percepciones. Por eso podríamos hablar dede un torrente de conciencia. La actividad neuronal es el agua y el conectoma el lecho del torrente.

Volvamos de la metáfora y retomemos la ciencia. Supongamos que las tecnologías para hallar conectomas funcionan. ¿Cómo vamos a probar la hipótesis “soy mi conectoma”?Bueno, propongo una prueba directa: tratemos de leer recuerdos de los conectomas. Piensen en la memoria de largas secuencias temporales de movimientos como las de un pianista que toca una sonata de Beethoven. Según la teoría que data del siglo XIX tales recuerdos están almacenados como cadenas de conexiones sinápticas en el cerebro. Porque si se activan las primeras neuronas de la cadena mediante sus sinapsis envían mensajes a las otras neuronas, que se activan, y así sucesivamentesiguiendo un efecto dominó. Y esta secuencia de activación neuronal se presume que es la base neuronal de esa secuencia de movimientos.

Así que una manera de tratar de probar la teoría es buscar esas cadenas dentro de los conectomas. Pero no va a ser fácil porque no van a tener este aspecto. Van a estar cifradas. Tendremos que usar nuestras computadoras para tratar de descifrar la cadena.Y si podemos hacer eso la secuencia de neuronas que recuperemos al descifrar [la cadena] será una predicción del patrón de actividad neuronal que se reproduce en el cerebro en la recuperación de memoria. Y si eso funcionara sería el primer ejemplo de lectura de memoria de un conectoma.

¡Qué lío! ¿Alguna vez han tratado de conectar un sistema tan complejo como ese? Espero que no. Pero si lo han hecho sabrán que es muy fácil cometer un error. Las ramas neuronales son como los cables del cerebro. ¿Alguien puede adivinar cuál es la longitud total de cables del cerebro? Les daré una pista. Es un número grande. Estimo millones de kilómetros. Todo dentro del cráneo. Y si uno entiende ese númeropuede ver fácilmente que hay un enorme potencial de un mal cableado cerebral. De hecho a la prensa popular le encantan los titulares como: “Los cerebros anoréxicos tienen un cableado diferente”, o “Los cerebros autistas tienen un cableado diferente”. Estas son afirmaciones plausibles, pero en verdad, no podemos ver el cableado cerebral tan claramente como para saber si son realmente ciertas. Las tecnologías de visualización de conectomas nos permitirán finalmente leer el mal cableado del cerebropara ver desórdenes mentales en los conectomas.

A veces la mejor manera de probar una hipótesis es considerar sus consecuencias más extremas. Los filósofos conocen muy bien este juego. Si uno cree que soy mi conectomatiene también que aceptar la idea de que la muerte es la destrucción del conectoma. Menciono esto porque hay profetas hoy en día que afirman que la tecnología alterará fundamentalmente la condición humana y tal vez incluso transforme la especie humana.Uno de sus sueños más preciados es engañar a la muerte mediante la práctica de la criogenia. Si uno paga 100.000 dólares puede arreglar para que congelen el cuerpo después de muerto y lo almacenen en nitrógeno líquido en uno de estos tanques en un depósito de Arizona, a la espera de una futura civilización avanzada que lo resucite.

¿Debemos ridiculizar a los buscadores modernos de la inmortalidad llamándolos locos? ¿O algún día se reirán sobre nuestras tumbas? No lo sé. Yo prefiero poner a prueba sus creencias, científicamente. Propongo que tratemos de encontrar un conectoma en un cerebro congelado. Sabemos que se produce un daño cerebral después de la muerte y durante el congelamiento. La pregunta es: ¿elimina ese daño al conectoma? Si lo hace, no hay manera de que una civilización futura sea capaz de recuperar los recuerdos de esos cerebros congelados. Podrían resucitar el cuerpo con éxito pero no la mente. Por otro lado, si el conectoma todavía está intacto, no se puede ridiculizar a la criogénesis tan fácilmente.

He descrito la búsqueda que se inicia en el mundo de lo muy pequeño y nos impulsa hacia el mundo del futuro lejano. Los conectomas marcarán un punto de inflexión en la historia humana. A medida que evolucionamos de nuestros antepasados simiescos en la sabana africana lo que nos distinguió fue el cerebro más grande. Hemos usado el cerebro para elaborar tecnologías cada vez más asombrosas. Con el tiempo estas tecnologías se volverán tan poderosas que las usaremos para conocernos a nosotros mismos desarmando y reconstruyendo nuestros propios cerebros. Creo que ese viaje de auto-descubrimiento no sólo es para los científicos sino para todos nosotros. Y estoy agradecido por la oportunidad de compartir este viaje hoy con ustedes. Gracias.

Esta entrada fue publicada en Ciencia, Videos. Guarda el enlace permanente.

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s