Motores de agua

Conectómica

Uno de los fenómenos más fascinantes del tiempo en que nos ha tocado vivir es la sinergia entre ciencia y tecnología. Esta época es tal vez la única de la historia en la que podemos observar en tiempo real cómo la ciencia impulsa a la tecnología, pero ésta hace, a su vez, avanzar a la ciencia. Ambas interaccionan en una espiral de progreso ascendente que, a menudo, deja atrás la capacidad de comprensión de la mayor parte de la humanidad.
La sinergia entre ciencia y tecnología avanza tan rápido que, bien utilizada por las mentes más brillantes, puede permitir abordar desafíos impensables hace solo… unos minutos. Entre estos, se encuentra la elaboración de un mapa detallado de las conexiones neuronales del cerebro humano. Esta nueva área de estudio se denomina conectómica.
La talla de este reto científico puede comenzarse comprender cuando sabemos que el número de conexiones entre las neuronas de cada uno de nuestros cerebros es del orden del número de estrellas en más de cien galaxias como la nuestra. Pero si la posición relativa de esas estrellas no nos dice nada, la posición relativa de las sinapsis y las rutas de conexión entre diferentes regiones del cerebro nos lo pueden decir todo, ya que cada uno de nosotros es, sobre todo, el resultado de la organización y funcionamiento de las neuronas de su cuerpo.

Historia de la conectómica
Como con tantas otras ideas y retos, la conectómica no apareció ayer. De hecho, lo hizo el siglo pasado, allá por el año 1972. Ese año, el biólogo SydneyBrenner, de la Universidad de Cambridge, decidió realizar el mapa sináptico completo del gusano nematodo microscópico Caenorhabditiselegans. Este gusano está formado por sólo 959 células, de las que 302 son células nerviosas. Desde luego, en proporción, todos nosotros tenemos menos cerebro que un gusano(y sobre todo esos en quienes estás pensando).
El doctor Brenner y su equipo embebió los gusanos en un material plástico para endurecerlos y realizó cortes muy finos de ellos. Cada corte fue examinado al microscopio electrónico, lo que reveló las neuronas y las conexiones neuronales que se encontraban en cada sección del gusano. Tras la adquisición de estas imágenes de microscopía, el doctor Brenner y su equipo dedicaron 14 años a analizar los datos y construir el mapa tridimensional completo de la conexión de las 302 neuronas entre sí y con el resto de las células del gusano, por ejemplo con los músculos a los que controlan. Por su trabajo el doctor Brenner recibió el premio Nobel de fisiología y medicina en 2002.
Por supuesto, la escala de este trabajo no puede compararse con el desafío de realizar un mapa de conexiones sinápticas en un ratón o una rata, y menos aún en un ser humano. Sin embargo, se han realizado avances muy importantes en este sentido. Por ejemplo, el pasado mes de noviembre un equipo de la universidad de Stanford conseguía, por primera vez, estudiar la organización espacial de las sinapsis del cerebro del ratón. Para ello, los investigadores cortaron secciones de dicho órgano de tan solo 200 nanómetros de espesor (la talla de un virus grande) y pusieron en contacto estas secciones con 17 anticuerpos fluorescentes diferentes, dirigidos contra proteínas características de los diferentes tipos de sinapsis. Cada sección fue después iluminada y fotografiada para captar la fluorescencia emitida. Las fotografías de los millares de secciones fueron después unidas en una imagen única en tres dimensiones, gracias al empleo de herramientas informáticas. El resultado es espectacular: la imagen de un cerebro de ratón en 3D en la que se puede ver la posición de cada sinapsis. Los investigadores pueden saber ahora la distribución espacial de cada tipo de sinapsis y la relación que existe entre todas ellas.

Futuro de la conectómica
Pero este trabajo se queda pequeño ante la enormidad del proyecto que pretenden iniciar en 2011 las universidades de California, de Minnesota y de Washington, y el hospital general de Massachusetts, en los Estados Unidos. Se trata esta vez de elaborar el mapa sináptico del cerebro humano, pero no solo el de una persona, sino el de 1.200 adultos sanos. Por si esto fuera poco, se pretende también comparar estos datos con los datos genéticos y psicológicos recogidos para cada uno de los participantes del estudio.
Para conseguir esta gesta, se emplearán nuevas técnicas de imagen cerebral (ya decíamos arriba que la tecnología hace avanzar a la ciencia). Las personas estudiadas serán, además, parientes cercanos. Se cree que de esta manera se podrá evaluar mejor la contribución de los genes y del entorno a la configuración sináptica particular de cada participante. Se pretende así avanzar en la comprensión de en qué medida los genes contribuyen a las capacidades cognitivas (memoria, atención, inteligencia) y a la relación espacial particular entre las sinapsis.
A nadie se le escapa que la envergadura de este trabajo es gigantesca, comparada con la realizada por el doctor Brenner y su equipo. Pero aquellos eran otros tiempos, tiempos que, aunque forman parte de la vida muchos, parecen encontrarse ya lejanos y primitivos. Los de la actualidad son, en cambio, y a pesar de la crisis, tiempos de enorme progreso y de incremento de nuestras capacidades tecnológicas de manera exponencial. Y es que hoy las ciencias adelantan que es una barbaridad.

by Jorge Laborda

Neuronas "aquí estoy yo"

“Algunas neuronas se activan al pasar por lugares determinados”

La cuestión de cómo percibimos el espacio, cuál es la naturaleza del mismo, ha llenado muchas páginas de tratados de filosofía. La corriente filosófica del empirismo defendía que el conocimiento del espacio dependía exclusivamente de lo que nuestros sentidos nos permitían percibir. El gran filósofo alemán, Immanuel Kant, defendió, sin embargo, la postura opuesta. Kant, tras analizar con todo el poder de su razón lo que implicaba la percepción, concluyó que necesariamente algunas percepciones solo pueden ser correctamente interpretadas si poseemos ideas “a priori”, es decir, independientes de nuestros sentidos, que ayuden a organizar nuestras experiencias. En otras palabras, Kant concluyó, con razón, que nacemos equipados con algunas intuiciones e instintos, con herramientas conceptuales, que nos permiten percibir e interpretar el mundo correctamente. Una de esas intuiciones, argüía Kant, es el espacio, el cual, según dicho pensador, era un principio organizador innato de nuestra mente.

Ha habido que esperar más de un siglo para que la ciencia pudiera analizar si Kant estaba o no equivocado. Por lo que hoy hemos llegado a saber, Kant estaba en lo cierto, razón por la que algunos le han concedido el honor de considerarle el primer neurocientífico de la historia. Las investigaciones de las últimas cuatro décadas han puesto de manifiesto la presencia de un sistema neuronal pre-configurado para representar el espacio y para almacenar información relativa a nuestra posición espacial.

UN LUGAR, UNA NEURONA

El descubrimiento más importante en este aspecto fue el de las “neuronas lugar”, a principio de los años 70 del siglo pasado. Estas neuronas son un tipo particular de células cerebrales que se activan cuando un animal se encuentra en un determinado lugar, pero no en otro. Se descubrieron en experimentos de neurofisiología en los que, mediante electrodos colocados en el cerebro de ratas de laboratorio, se detectaba la actividad neuronal de las células de una región cerebral denominada hipocampo (llamada así por su forma similar a la de un caballito de mar, llamado también hipocampo). De este modo, se observó que determinadas neuronas se activaban cuando el animal se encontraba, por ejemplo, en una de las esquinas de su jaula rectangular, pero permanecían inactivas cuando se encontraba en medio de la misma o en cualquiera de las otras tres esquinas. Otras células diferentes, sin embargo, se activaban cuando el animal, en su movimiento, alcanzaba otro lugar de la jaula. De esta manera se comprobó que el hipocampo reconstruía un mapa neuronal de lugares concretos. La presencia de las neuronas lugar se ha comprobado también en el cerebro humano.

Otro importante descubrimiento sobre la manera en que el cerebro representa el espacio ha sido el de las “células rejilla”. Estas células, descubiertas en 2005, y localizadas en una región del córtex cerebral, se activan cuando el animal atraviesa determinados puntos de un espacio en el que se mueve libremente. El espacio por el que el animal se mueve es representado así como una especie de cuadrícula de actividad neuronal, con puntos en los que alguna neurona se activa con intensidad y puntos en los que ninguna neurona muestra actividad. Es como si el cerebro “dibujara” una cuadrícula dentro del espacio que necesita representar, mediante la actividad o el silencio de determinadas neuronas. A diferencia de lo que ocurre con las células lugar, que se activan en lugares concretos, como dijimos, la “cuadrícula” neuronal no depende de las características particulares del lugar por donde el animal se mueve, sino que aparece de manera genérica sea cual sea la forma del espacio en el que el animal se desenvuelva y las peculiaridades del mismo, incluidos los objetos que pueden encontrarse en su interior.

PIENSO, LUEGO ME MUEVO

Así pues, parece que nacemos con la capacidad neuronal de representar el espacio. Pero esta capacidad depende también de nuestros sentidos. Así, se ha descubierto que nuevas células lugar se activan tan solo minutos después de estar expuestos a un nuevo entorno. Es decir, cuando, por ejemplo, entramos por primera vez, supongamos que en un nuevo centro comercial, y nuestro sentido de la vista lo explora, a los pocos minutos algunas células de nuestro cerebro ya se han encargado de construir un mapa del lugar y se activarán cuando pasemos por determinados puntos del mismo, pero no por otros.

Descubrimientos más recientes han puesto de manifiesto otros tipos de neuronas encargadas de representar el espacio. Estas incluyen las “células frontera”, descubiertas en 2008, que se activan al llegar al límite del espacio en el que estemos, o las “células dirección” que se activan solo cuando el animal se mueve en una dirección concreta. Igualmente las células “visión espacial” se activan al percibir un determinado punto del espacio y parecen participar en la memoria episódica de “una vez estuve allí”.

Las nuevas técnicas de electrofisiología combinadas con la biología molecular están permitiendo realizar cada vez más sofisticados y sorprendentes descubrimientos relativos a la manera en que el cerebro nos permite movernos por el espacio. Esta función cerebral es la que algunos consideran como la principal razón de la aparición del sistema nervioso durante la evolución. Al fin y al cabo, solo los seres vivos que se mueven por largas distancias, los animales, pero no las plantas, poseen un órgano que se puede llamar cerebro. Comprender esta función se revela, pues, como algo fundamental sobre el conocimiento del sistema nervioso.

by Jorge Laborda

Enrique Ganem nos habla del origen del Universo

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