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Las prótesis, robots y otros aparatos para personas con distintas discapacidades ya están integrándose fuertemente con el cerebro del paciente.

“El objetivo es que lo hagan de una forma muy natural, directa e intuitiva. ¿Y qué más directo que decodificar la intención del usuario de sus propias señales cerebrales?”, pregunta.

“Las prótesis y los robots que nuestras interfaces controlan son inteligentes, ya que pueden interpretar muchos detalles de bajo nivel que no necesariamente están codificados en las órdenes mentales, también trabajan de forma autónoma, esta función refleja cómo nuestras áreas profundas del cerebro, la médula espinal y el sistema musculoesquelético, trabajan juntos en muchas tareas rutinarias, lo que permite a nuestros cuerpos hacer tareas sencillas, mientras centramos nuestra atención en otra parte”, aseguró.

“Las neuroprótesis futuras, como robots y exoesqueletos controlados a través de interfaces inteligentes, estarán fuertemente acopladas con el usuario de tal manera que el sistema resultante podrá sustituir y restaurar las funciones de las extremidades deterioradas porque será controlado por las mismas señales neuronales que controlan sus contrapartes naturales. Esto ya no es ciencia ficción”, concluyó.

Ciertamente, el cerebro nos hace creer que la pasión reside en el corazón, que el enamoramiento comienza con síntomas en el estómago, que los sentimientos son algo más que neuronas descargando electricidad a través de axones y sinapsis, que somos algo más que nuestros cerebros.

Y hoy nos parece tan común saber sobre las dendritas, la masa negra, la materia blanca y la gris, las interesantes y populares neuronas; sin embargo, la neurología y la neurociencia son ramas científicas cuyo conocimiento no se inicia hasta el siglo XVII, el británico Thomas Willis, el italiano Camilo Golgi y el españolSantiago Ramón y Carvajal, entre muchos otros, se encargaron de lanzarlas hacia el progreso, pero sólo ahora, en el siglo XXI, nos acercamos seriamente a decodificar detalladamente el cerebro.
 

Y los esfuerzos para conocer bien esa máquina se han intensificado. Europa ha prometido la inversión de mil millones de dólares para elProyecto Cerebro Humano, cuyo objetivo es producir un modelo computacional del cerebro. En Estados Unidos, el presidenteBarack Obama anunció en el año 2010 una iniciativa conocida como Investigaciones sobre el Cerebro a través de Avanzadas e Innovadoras Neurotecnologías (BRAIN, en inglés), que está siendo impulsada a través de los institutos nacionales de la salud (NIH), para avanzar la investigación del cerebro, concentrándose primero en el desarrollo de nuevas tecnologías. Conocido como el programa “Grand Challenge” o el gran reto, ha prometido 100 millones de dólares en financiamiento sólo para el primer año de lo que se anticipa será un empuje de una década.
 

“Ya se está llevando a cabo una gran cantidad de investigación, tanto así que el paisaje de la neurociencia es casi tan difícil de aprehender como el del cerebro mismo. Los Institutos Nacionales de la Salud gastan, para poner un ejemplo, 5.500 millones de dólares al año en neurociencia, gran parte de ella dirigida hacia la investigación de enfermedades como elParkinson y el Alzheimer”, escribió el periodista científico James Gorman para el periódico The New York Times.
 

El popular periodista científico estadounidense Carl Zimmer, por ejemplo, es una de las numerosas personas que han permitido que en el laboratorio de Van Wedeen le escaneen el cerebro. Este proyecto es parte del esfuerzo estadounidense por comprender el órgano, no sólo la parte biológica sino el alambrado que lo sostiene, ese que el equipo de Wedeen está estudiando en estos momentos en el Centro Martinos para Imágenes Biomédicas donde ya están creando representaciones del alambrado cerebral.

En la actualidad, 160.935 kilómetros de fibras nerviosas en la materia blanca del cerebro están siendo analizadas; estas fibras son las que conectan los varios componentes de la mente y hacen posible que pensemos, sintamos y percibamos. Lo interesante, indicaWedeen, es la red que vemos debajo del alambrado cerebral.
 

También las patologías neurológicas, desde psicosis y esquizofrenias hasta Parkinson yAlzheimer, pueden ser analizadas bajo el microscópico neurológico. Es precisamente uno de los objetivos de poseer un mapa cerebral. Los científicos Joshua W. Buckholtzemail, Andreas Meyer-Lindenberg y la neuropsicóloga Deanna Barch, son algunos de los que esperan que el conectoma humano los ayude en el estudio de distintas enfermedades neurológicas. Los estudios de Barch, por ejemplo, quien está trabajando en el proyecto del conectoma con el equipo de la Universidad de Washington, se concentran en la depresión.
 

“Los datos que obtendremos del conectomapodrían ayudarnos a responder preguntas como: ¿Qué nos hace distintos a ti y a mí y cómo la forma en que está diseñado el cableado en nuestros cerebros, refleja las diferencias en nuestros comportamientos, pensamientos, emociones, sentimientos y experiencias? ¿Nos ayudará a entender cómo los trastornos de la conectividad, o trastornos del alambrado cerebral, contribuyen o causan problemas neurológicos y problemas psiquiátricos?”, expresó Barch, quien es optimista al respecto.
 

El neurólogo Olaf Sporns acuñó la palabra “conectoma” en una publicación del 2005 titulada, "El conectoma humano: Una descripción estructural del cerebro humano”. El científico lo define como la descripción completa de la conectividad estructural (el cableado físico) del sistema nervioso de un organismo. Precisamente, Grossman escribe que de las muchas "metáforas utilizadas para explorar y entender el cerebro, la cartografía es, probablemente, la más duradera, tal vez porque los mapas son tan familiares y comprensibles".
 

“Hace un siglo, los mapas cerebrales eran como los mapas del siglo XVI de la superficie de la Tierra”, dijo David Van Essen, quien está a cargo de los esfuerzos de Conectoma en la Universidad de Washington. “Ahora las caracterizaciones son más como un mapa del siglo XVIII”. Eso quiere decir, explican, que los continentes, cordilleras y ríos están cada vez más claramente definidos.

Por Glenys Álvarez

El cerebro humano está entre los más arrugados de los mamíferos. Si observas el cerebro de un ratón, una ardilla o un manatí, son casi completamente lisos y un poco hasta “triangulados”. Sin embargo, los cerebros de delfines tienen casi el doble de pliegues que el de los humanos, esta característica nos regala la ventaja de tener más espacio.

“Cuanto más arrugado sea un cerebro, mayor es su superficie. El cerebro humano está especialmente arrugado. Si nos fijamos en un cerebro humano veremos sólo alrededor de un tercio de su superficie, los otros dos tercios se ocultan en sus pliegues. Si pudieras extenderlo sobre una mesa, tendríamos 2 500 centímetros cuadrados (un pequeño mantel). La superficie del cerebro de una musaraña es de 0,8 centímetros cuadrados”, explica Carl Zimmer para National Geographic.

Zimmer indica, sin embargo, que no todo el arrugado cerebral está “expandido uniformemente” por todo el cerebro, de hecho, el frente de la neocorteza tiene más arrugas que el resto y es allí, precisamente, donde se procesan los aspectos más abstractos del quehacer humano, como la percepción sensorial, los pensamientos conscientes, el lenguaje y los sueños. Más aún, los mecanismos que guiaron la evolución de esta parte del cerebro no han sido bien definidos por las investigaciones.

Ahora, un equipo liderado por Wieland Huttner, director del departamento de Biología Celular, Molecular y Genética en los institutos, analizó el índice girencefálico, que viene de la palabra girencéfalo que se refiere a los animales cuya corteza cerebral presenta circunvoluciones, indicando el grado de plegamiento cortical de 100 cerebros mamíferos. Los resultados indican que los cerebros con pliegues son ancestrales, apareciendo en los primeros mamíferos hace más de 200 millones de años.

“Al igual que el tamaño del cerebro, el plegado en la neocorteza ha aumentado y disminuido a lo largo de los diversos linajes mamíferos”, escribieron los investigadores en el diario PLoS Biology.

También indican que las experiencias particulares de cada mamífero sugieren el porcentaje de pliegues. Por ejemplo, organismos mamíferos con pocas arrugas tienden a formar y vivir en grupos sociales pequeños, mientras que los animales con más pliegues forman grupos sociales en enormes espacios de su hábitat. Nosotros somos el más común ejemplo.

Otro de los descubrimientos dice que existe un umbral de plegamiento y que los animales que cruzan ese umbral tienen los cerebros más arrugados. El valor del índice de plegado que separa las especies es de 1,5. Los delfines y los zorros, por ejemplo, están por encima de este valor umbral, sus cerebros son muy plegados y tienen miles de millones de neuronas.

¿Cómo explicar estos mecanismos?

Aparentemente, se trata del programa neurogénico en los animales. La cantidad de arrugas es causada por la capacidad de proliferación simétrica que tengan sus células progenitoras basales: si su capacidad es alta tendrá muchas arrugas, si es baja tendrá pocas. Para examinar estos mecanismos de desarrollo, los investigadores utilizaron un modelo matemático para delinear el nacimiento de neuronas corticales.

De esta forma encontraron que “el aumento o la pérdida de potencial de proliferación en una estructura del cerebro llamada la zona subventricular, es un determinante esencial de los mecanismos de la expansión neocortical. En particular, un aumento en el potencial proliferativo de las células progenitoras basales es un requisito de esta adaptación. Sin embargo, aún no está claro si los progenitores basales capaces de sufrir estas divisiones proliferativas simétricas son un rasgo de los mamíferos ancestrales que se perdió posteriormente en ciertas especies a través del tiempo evolutivo, o si, en cambio, este rasgo evolucionó independientemente en diferentes linajes”, escribieron en el diario.

Otro de los descubrimientos apunta a una diferencia fundamental que contribuye a lo que nos hace humanos. Los científicos indican que los cerebros mamíferos “altamente plegados” no sólo contienen más neuronas sino que crecen con mayor rapidez.

“El peso acumulado por día del cerebro en gestación es 14 veces mayor en especies con un alto grado de plegamiento cortical. Estas diferencias pueden ser explicadas por períodos neurogénicos más largos en vez de diferentes programas neurogénicos. El período neurogénico de un feto humano es de ocho a nueve días más que el de otros primates no humanos. Esto conduce a un cerebro tres veces mayor que el de un chimpancé, una diferencia fundamental que contribuye a lo que nos hace humanos”, escribieron.

En la imagen vemos la proliferación simétrica. En el cerebro del ratón (izquierda) notamos la ausencia de progenitores capaces de esta proliferación y el del humano (derecha) con una capacidad mucho más alta. Además, la dimensión vertical nos habla de la duración de esta neurogénesis que segrega a las especies mamíferas en dos grupos neuroanatómicos principales.

Imagen de brainmuseum.org. Las imágenes no están a escala, doi:10.1371/journal.pbio.1002001.g001

Más información en PLoS Biology: http://www.plosbiology.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pbio.1002001

Max Planck: http://www.mpg.de/en

Edición: www.editoraneutrina.com

Antes de adentrarnos en estos asombrosos hallazgos, comprendamos un poco sobre la optogenética. En esta técnica, los investigadores alteran genéticamente las neuronas en cerebros de roedores para que expresen proteínas sensibles a la luz proveniente de organismos microbianos. Una vez hecho esto, los científicos implantan un pequeño cable de fibra óptica en el cerebro de esos roedores, este cable hace que una luz brille y los investigadores pueden controlar así la actividad de las células, así como los comportamientos asociados a la actividad.

Una vez entendemos esto, podemos comprender mejor los hallazgos en estos nuevos experimentos elaborados en el Instituto de Tecnología en California o Caltech. Los investigadores descubrieron poblaciones de neuronas antagónicas, es decir, unas se encargaban de que el animal sea social, otra de comportamientos asociales como el autoacicalamiento repetitivo. Los científicos dicen que se asemeja a un circuito de subibaja o balancín en la amígdala, una parte del cerebro involucrada en comportamientos sociales innatos.

“Este descubrimiento puede tener implicaciones para la comprensión de las disfunciones de circuitos neuronales que subyacen en el autismo en los seres humanos, donde vemos problemas en las conductas sociales y la tendencia a la generación de conductas repetitivas”, escribieron.

Por supuesto, la experimentación está limitada a los roedores, aunque sabemos que la evolución de nuestros cerebros tomó un camino distinto aunque ambos órganos mamíferos salieron de un mismo tronco. Durante la experimentación, se usaron distintos grupos de ratones modificados. Los investigadores indican que cuando el láser era dirigido a las neuronas sociales con alta intensidad, los ratones se volvían agresivos atacando a un intruso que se ponía en su jaula. Sin embargo, cuando el láser era activado ligeramente, los ratones continuaban siendo sociales, interactuando con el intruso, ya sea intentando aparearse con él o acicalándolo. Nada de agresividad ni violencia.

Ahora bien, cuando las neuronas asociales eran activadas con la luz láser de la optogenética, los ratones ignoraban a los intrusos y preferían autoacicalarse de forma repetitiva, ya sea limpiándose las patas o acicalándose el rostro, así se mantenían hasta minutos después de apagar la luz. Más aún, los investigadores podían detener esta conducta repetitiva. Por ejemplo, si un ratón solitario comenzaba a acicalarse, los investigadores podían activar la luz en las neuronas sociales y el acicalamiento terminaría en el momento. Una vez apagado, el ratón regresaba a su conducta repetitiva.

Otra magnífica e interesante característica en el estudio es que estas dos poblaciones de neuronas se distinguen de acuerdo a la subdivisión más fundamental de los subtipos de neuronas en el cerebro: las neuronas "sociales" son neuronas inhibitorias (que liberan el neurotransmisor GABA, o ácido gamma-aminobutírico) mientras que las "neuronas de autoacicalamiento" son neuronas excitadoras (que liberan el neurotransmisor glutamato, un aminoácido).

“Sorprendentemente, estos dos grupos de neuronas parecen interferir con la función de cada una, es decir, la activación de las neuronas sociales inhibe la conducta de autoaseo, mientras que la activación de las neuronas de autoaseo inhibe el comportamiento social. Así, estos dos grupos de neuronas parecen funcionar como un subibaja, controlando por un lado si los ratones interactúan con otros y por el otro si se concentran en sí mismos. Fue completamente inesperado que los dos grupos de neuronas podrían ser distinguidos por si eran excitadoras o inhibidoras. Si alguna vez hubo un experimento que excavara en las articulaciones mismas de la naturaleza,”, exclamó David J. Anderson de Caltech y uno de los autores, “este es".

Los autores también han relacionado los hallazgos con las distintas condiciones neurológicas en el cerebro autista debido a que en la condición hay una disminución en las interacciones sociales y, frecuentemente, un aumento en comportamientos repetitivos. Ciertamente, otros estudios han demostrado que las perturbaciones en los genes implicados en el autismo muestran una disminución similar en la interacción social y el aumento de la conducta de acicalamiento repetitivo en ratones. Pero el nuevo estudio ayuda a proporcionar un vínculo necesario entre la actividad genética, la actividad cerebral y las conductas sociales en los roedores.

¿Cómo puede esto ayudar a modificar el comportamiento humano?

“Estamos muy lejos de eso”, responde Anderson, “pero si encuentras las neuronas de la población derecha, podría ser posible reemplazar el componente genético de un trastorno del comportamiento como el autismo, con sólo cambiar la actividad de los circuitos al inclinar la balanza del subibaja hacia la otra dirección”, explicó.

El trabajo fue publicado en línea el 11 de septiembre en el diario Cell.  

Estudios han encontrado que toma entre 15 a 254 días formar un hábito de verdad. Más aún, investigaciones sugieren que en un promedio, el 40% de las actividades diarias que hace la gente es realizada en el mismo contexto todos los días. Ciertamente, existe un componente repetitivo en una conducta habitual, los hábitos, nos dicen, son el resultado de un aprendizaje de asociación.

“Encontramos patrones de comportamiento que nos permiten alcanzar metas. Repetimos lo que funciona y, cuando estas acciones se repiten en un contexto estable, formamos asociaciones entre señales y respuestas”, explica Wendy Wood durante su conferencia en la Reunión Anual 122ª de la Asociación Americana de Psicología.

La investigadora asegura que un hábito tiene una señal neuronal reconocible. Primero, indica, debemos pensar que estamos hablando de dos distintos contextos en el cerebro: el primero tiene que ver con intenciones y metas, el segundo tiene que ver con un patrón repetitivo que funciona sin requerir la atención de la persona.

Veamos este estudio que realizaron los investigadores, tiene que ver con las rositas de maíz o popcorn, ese comestible tan popular en los cines del mundo. Los investigadores probaron distintos grupos, en el primer conjunto, los grupos debían comer el popcorn y decir cuál le gustaba más, uno que estaba fresco y otro que no. Por supuesto, todos eligieron las rositas de maíz frescas como las mejores. Sin embargo, cuando se pone otra variable en el medio y se cambian las señales en el contexto, las personas cambian la intención y no están tan atentas al estado del popcorn. En el nuevo experimento, los sujetos no notaron la diferencia entre el popcorn fresco y el que no lo estaba, debido a que muchos ya tenían el hábito de comerlo mientras ven la película, sin pensar en ello.

Lo que ocurre es que cuando el cerebro encuentra una acción que funciona, ya sea brindándonos placer o produciendo resultados positivos sobre algo, repetirla todos los días en el mismo contexto borra la intención, y nuestra atención para alcanzar esas metas, y puede enfocarse en otras acciones mientras la repite de forma automática. Cuando estás aprendiendo una respuesta asociativa, entran en acción los ganglios basales, que son parte de la corteza prefrontal y ayudan en la memoria de trabajo o a corto plazo, para que puedas tomar decisiones. Al repetir el comportamiento en el mismo contexto, la información se reorganiza en el cerebro. En vez de permanecer en los ganglios se mueve hasta el motor sensorial que sostiene las representaciones de las asociaciones de respuesta a señales. En otras palabras, el cerebro ya no retiene la información sobre el objetivo o resultado. Este cambio de objetivo ayuda a explicar por qué nuestros hábitos son conductas tan rígidas.

“Hay una dualidad mental en juego. Cuando nuestra mente intencional participa, actuamos hacia el cumplimiento de un resultado que deseamos y, típicamente, somos conscientes de nuestras intenciones. Las intenciones pueden cambiar rápidamente, porque podemos tomar decisiones conscientes acerca de lo que queremos hacer en el futuro, lo que puede ser diferente al pasado. Sin embargo, cuando la mente habitual se enciende, nuestros hábitos funcionan en gran medida fuera de la consciencia. No podemos fácilmente articular cómo hacemos nuestros hábitos o por qué los hacemos, tampoco podemos cambiarlos fácilmente. Nuestras mentes no siempre se integran de la mejor manera posible. Incluso cuando sabes la respuesta correcta, no puedes cambiar el comportamiento habitual”, dice Wood.

¿Consejos?

Para Wood, muchos programas que desean ayudar a los demás a cambiar ciertos hábitos, se concentran más en la intención. Sin embargo, es en la repetición como resultado del contexto y las señales que produce esa forma automática en que desempeñamos nuestros hábitos; por eso fallan a largo plazo. Ciertamente, al principio las personas se sienten motivadas y emocionadas por alcanzar las metas, ya que muchos de estos programas cambian la intención, enseñan la teoría; pero no logran borrar el patrón o eliminar el hábito que regresa fuertemente una vez se encuentran con las señales apropiadas.

Recuerda dos cosas, asegura Wood, cambiar el contexto y repetir nuevos patrones. Como dijimos al principio, si logras esperar entre dos semanas a casi un año, y cambiar lo que te rodea de alguna forma, ya sea grande o pequeña, para no reaccionar a las mismas señales de siempre, a lo mejor formes un nuevo hábito que realmente te beneficie.

Publicado en el diario: http://www.spsp.org/