Más de 900.000 euros para impulsar el estudio del cerebro

De ellos, la Fundación Tatiana Pérez de Guzmán el Bueno destinará 282.000 euros a becas predoctorales en Neurociencia

De generoso y estimulante calificó la doctora Carmen Cavada el apoyo económico de 943.000 euros a la Neurociencia española por parte de la Fundación Tatiana Pérez de Guzmán el Bueno. Este dinero se repartirá entre becas predoctorales, proyectos de investigación, actividades de divulgación y el patrocinio de la Cátedra UAM-Fundación Tatiana Perez de Neurociencia.

El pasado mes de marzo la Fundación anunció la creación de la Cátedra UAM-Fundación Tatiana Pérez de Guzmán el Bueno de docencia e investigación en Neurociencia. La cátedra, que dirige la doctora Cavada, tiene como objetivo principal la coordinación del Plan de Apoyo a la Neurociencia Española de la Fundación y elfomento de la docencia, la investigación y la difusión de los conocimientos en Neurociencia, especialmente en la comprensióndel sistema nervioso humano y de las enfermedades que lo afectan.

Para la puesta en marcha y seguimiento de su Plan de Apoyo a la Neurociencia Española, la Fundación cuenta con un comité científico formado por investigadores de gran prestigio: Joaquín Fuster, catedrático de Psiquiatría y Ciencias del Comportamiento de la Universidad de California en Los Ángeles; Jesús Flórez, catedrático de Farmacología de la Universidad de Cantabria y presidente de la Fundación Down 21; Luis Miguel García Segura, profesor de Investigación en el Instituto Cajal del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y José Serratosa, Jefe del Servicio de Neurología de la Fundación Jiménez Díaz de Madrid.

Previamente, en febrero de este año, la Fundación destinó 525.000 euros, distribuidos en tres años, a proyectos de investigación en Neurociencia. A la convocatoria se han presentado más de 200 solicitudes que están siendo actualmente examinadas por científicos independientes. Además, en la presentación de las ayudas que ha tenido lugar esta mañana, se ha anunciado la convocatoria nacional de becas para realizar tesis doctorales en el ámbito de la Neurociencia, a las que destinarán otros 282.000 euros.

Retos de la Neurociencia

El plan de apoyo a la Neurociencia prevé también la realización dereuniones científicas para favorecer el intercambio de conocimientos entre los neurocientíficos y contribuir a la formación de los jóvenes investigadores. La primera de estas reuniones tendrá lugarel próximo 6 de junio en la Real Academia Nacional de Medicina y en ella se presentará de forma oficial el Plan de Apoyo a la Neurociencia, promovido por la Fundación.

Este primer simposio analizará los “Retos de la Neurociencia en el siglo XXI”, y contará con la presencia de destacados investigadores que hablarán sobre la iniciativa Brain en EEUU (Álvaro Pascual-Leone) y el proyecto Cerebro Humano europeo (Javier de Felipe), el reto que presentan las dos patologías neurodegenerativas más prevalentes (alzhéimer y párkinson) y la discapacidad intelectual.

“La Neurociencia tiene gran futuro en este momento y esta ayuda se alinea con las iniciativas Cerebro Humano de Europa y Proyecto Brain de Estados Unidos, para darle un impulso nuevo a esta disciplina”, destaca Carmen Cavada. La catedrática resaltó también que esta iniciativa privada se inscribe en la tradición científica española que representa nuestro Nobel Santiago Ramón y Cajal, considerado el padre de la Neurociencia moderna, y que continúan los neurocientíficos españoles actuales, “muy activos y con gran reconocimiento internacional”.

Más de 900.000 euros para impulsar el estudio del cerebro – ABC.es.

Recrean la actividad del cerebro de un gusano en una imagen en tres dimensiones |MIT

La técnica podría ayudar a los científicos a descubrir cómo las redes neuronales procesan la información sensorial y generan comportamientos

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MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY (MIT) Han creado un sistema de imagen que revela la actividad neuronal en todo el cerebro de los animales vivos

http://www.abc.es/videos-ciencia/20140519/neuron-activity-3575158976001.html

Se trata de una técnica pionera, la primera primera mediante la cual se pueden generar imágenes en 3-D de los cerebros enteros de los animales en una escala de tiempo de milisegundos, y que podría ayudar a los científicos a descubrir cómo las redes neuronales procesan la información sensorial y generan comportamientos.

Lo han conseguido un grupo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y de la Universidad de Viena, que han creado un sistema de imagen que revela la actividad neuronal en todo el cerebro de los animales vivos.

El equipo utilizó el nuevo sistema de imagen para captar la actividad de cada neurona del gusano «Caenorhabditis elegans», así como la actividad de todo el cerebro de una larva de pez cebra, ofreciendo una imagen más completa de la actividad del sistema nervioso de lo que había sido posible hasta ahora.

según Ed Boyden, uno de los autores del trabajo, so se conoce la actividad de una sola neurona del cerebro «no se puede saber cómo se está computando la información, de este modo, se necesita saber qué están haciendo las neuronas ascendentes para entender lo que significa la actividad de una neurona determinada».

Esto quiere decir, según el científico, que «si usted quiere entender cómo la información se está integrando en las sensaciones y da paso a la acción, hay que ver todo el cerebro».

Con las nuevas posibilidades derivadas de este sistema en 3D el enfoque de esta investigación podría ayudar a los neurocientíficos a aprender más acerca de las bases biológicas de los trastornos cerebrales.

En la actualidad, según Boyden, no se sabe muy bien, en cualquier trastorno cerebral, el «conjunto exacto de las células que participan», por lo que «la capacidad para estudiar la actividad en todo el sistema nervioso puede ayudar a identificar las células o redes que están involucradas con un trastorno del cerebro, dando lugar a nuevas ideas para terapias».

¿Cómo codifican la información las neuronas?

Las neuronas codifican la información -datos sensoriales, planes motores, los estados emocionales y pensamientos- mediante impulsos eléctricos llamados «potenciales de acción», que provocan elderramamiento de iones de calcio en cada celda al dispararse. Dirigiendo proteínas fluorescentes que brillan cuando se unen al calcio, los científicos pueden visualizar este encendido electrónico de las neuronas.

Sin embargo, hasta ahora no ha habido forma de poner imagen a esta actividad neuronal en gran volumen, en tres dimensiones, y en alta velocidad. La exploración del cerebro con un rayo láser puede producir imágenes en 3D de la actividad neuronal, pero se necesita mucho tiempo para capturar una imagen, ya que cada punto debe ser escaneado individualmente.

El equipo del Instituto Tecnológico de Massachusetts quería lograr imágenes en 3D similares pero acelerar el proceso para que pudieran ver la descarga neuronal, que se produce en sólo unos milisegundos. El nuevo método se basa en una tecnología ampliamente utilizada conocida como imágenes de campo claro, que crea imágenes en 3D mediante la medición de los ángulos de los rayos entrantes de la luz.

Los microscopios que realizan imágenes del campo de luz han sido desarrollados anteriormente por varios grupos. En el nuevo estudio, los investigadores del MIT y austriacos optimizaron estos microscopios óptico de campo para lograr, por primera vez, obtener imágenes de actividad neuronal.

Con este tipo de microscopio, la luz emitida por la muestra que se va a examinar se envía a través de un conjunto de lentes que refracta la luz en diferentes direcciones. Cada punto de la muestra generaalrededor de 400 puntos de luz diferentes, que luego se pueden recombinar utilizando un algoritmo de computadora para recrear la estructura 3D.

Recrean la actividad del cerebro de un gusano en una imagen en tres dimensiones – ABC.es.

¿Somos nuestro cerebro? | Opinión | EL PAÍS

¿Es lícito entrar en el cerebro de una persona sin su consentimiento?

por: ADELA CORTINA 4 ABR 2014 – 00:00 CET

A mediados de marzo se celebró la Semana Mundial del Cerebro, un acontecimiento que tiene lugar anualmente en más de 80 países y se propone divulgar los progresos y beneficios de la investigación sobre el cerebro, como también los retos a los que se enfrenta. Y en este capítulo de los retos es en el que se introduce en ocasiones un espacio para la reflexión ética.

Curiosamente, la pregunta que suele plantearse a los eticistas es la de cuáles son los límites éticos en la investigación sobre el cerebro y en la aplicación de los hallazgos. Un guion que se repite en todos los acontecimientos científicos, como si la ética fuera una especie de linier sádico, empeñado en descalificar a los científicos cuando la pelota traspasa la línea de lo permitido.

Pero, afortunadamente, las cosas no son así, sino muy diferentes. El primer principio de cualquier ética respetable es el de beneficiar a los seres humanos, a los seres vivos en su conjunto y a la naturaleza, y cuanto más progresen las diversas ciencias en ese sentido, mejor habrán cumplido su tarea. Que, a fin de cuentas, es la de beneficiar. Por eso tiene pleno sentido que trabajen conjuntamente ciencias y humanidades con el fin de conseguir una vida mejor.

Ojalá avancemos en la prevención de enfermedades como la esquizofrenia, el alzhéimer, las demencias seniles, la enfermedad bipolar o la arteriosclerosis; podamos mantener una buena salud neuronal hasta bien entrados los años, mejorar nuestras capacidades cognitivas, precisar más adecuadamente la muerte cerebral, tratar tendencias como las violentas. Ojalá en la educación podamos servirnos de conocimientos sobre el cerebro que permitan a los maestros actuar de forma más acorde al desarrollo de ese órgano, extremadamente plástico; un asunto del que se ocupa con ahínco la neuroeducación.

Ocurre, sin embargo, que cuando las investigaciones y las aplicaciones científicas ponen en peligro la vida, la salud o la dignidad de las personas o el bienestar de los animales se hace necesario recordar que no todo lo técnicamente viable es moralmente aceptable. Que “no dañar” es igualmente un principio inexcusable en todas las actividades humanas, también en las científicas. Para muestra, un botón.

Hace unos días los medios de comunicación informaban de que Miguel Carcaño, el asesino confeso de Marta del Castillo, iba a ser sometido a una prueba neurológica, conocida como “test de la verdad”, a través de la cual podrían leerse sus respuestas cerebrales. Una prueba de este tipo plantea un problema moral y legal, porque no es lícito introducirse en la intimidad de una persona, en este caso a través de su cerebro, sin su consentimiento. Y, en efecto, los medios informaban de que, según la abogada de Carcaño, este había accedido voluntariamente a someterse a la prueba. Esta es una de las muchas cuestiones éticas que se plantean en ámbitos como el de las neurociencias: que no es lícito introducirse en la intimidad de una persona sin su consentimiento expreso. Tampoco ante presuntos terroristas, un aspecto bien importante en la neuroseguridad.

Pero, ¿por qué entrar en el cerebro de una persona es introducirse en la intimidad? ¿Qué tiene de especial ese órgano, que la sola idea de trasplantar un cerebro nos parece inquietante, cuando ya se practican trasplantes tan complicados de otros órganos y otros miembros del cuerpo?

Según un buen número de investigadores, porque todos esos órganos son irrelevantes en comparación con el cerebro. Somos —dicen— nuestro cerebro. Él crea las percepciones, la conciencia, la voluntad, y tanto da que el cerebro se encuentre en un cuerpo como en un ordenador, porque él lo crea todo. Trasplantarlo no presenta más problemas que los técnicos, porque donde va el cerebro de una persona va esa persona. Así las cosas, siguen afirmando estos científicos, actuamos determinados por nuestras neuronas, de modo que no existe la libertad, sino que es una ilusión creada por el cerebro, como todo lo demás.

Sin embargo, tal vez las cosas no sean tan simples y por eso otros investigadores hablan del “mito del cerebro creador”, de que no es el cerebro el que crea nuestro mundo.

Regresando al caso de Carcaño, el médico que supervisó la prueba de la verdad aclaraba que recibe ese nombre porque la persona sometida a ella no puede mentir. Según él, las respuestas cerebrales son automáticas y, por tanto, no están condicionadas ni por la voluntad ni por la conciencia. De donde se sigue para cualquier lector que la voluntad y la conciencia, surjan de donde surjan, son algo distinto de las neuronas y tienen la capacidad de actuar suficiente como para modificar los mensajes automáticos del cerebro. Pueden inventar historias, tratar de ocultar los recuerdos impresos, interpretarlos de una forma u otra desde esa capacidad de fabulación que nos constituye como personas.

Parece, pues, que el enigma de la conducta humana sigue siéndolo, y que es necesario continuar las investigaciones desde el trabajo conjunto de humanistas y científicos, porque conocernos a nosotros mismos es la gran tarea que nos dejó encomendada Sócrates. Es ella misma un gran beneficio.

Adela Cortina es catedrática de Ética y Filosofía Política de la Universidad de Valencia, miembro de la Real Academia de Ciencias Morales y Políticas, y directora de la Fundación ÉTNOR.

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Primer mapa del cerebro humano en desarrrollo

Permitirá el estudio en detalle de enfermedades como el autismo y valida el uso de modelos animales en investigación

Uno de los retos más importantes de este siglo es el de entender el funcionamiento del cerebro humano, uno de los sistemas más complejos del universo. Un requisito indispensable para tratar un amplio abanico de enfermedades que abarca desde aquellas que se «gestan» en el seno materno, como la esquizofrenia o el autismo, hasta las que se manifiestan en las últimas etapas de la vida, como el párkinson o el alzhéimer.

La revista «Nature» publica esta semana dos trabajos que prometen un importante impulso en el conocimiento del cerebro y sus patologías. Ambos trabajos están ligados al Instituto Allen de Estudios Cerebrales, una entidad privada sin ánimo de lucro puesta en marcha por Paul G. Allen, cofundador de Microsoft, que está empeñado en desentrañar los misterios del cerebro.

Un equipo del Instituto Allen, liderado por Ed Lein ha generado un modelo de alta resolución del patrón de activación de los genes en el cerebro humano durante el desarrollo embrionario, concretamente en las semanas 15, 16 y 21 de gestación. «Conocer cuándo un gen se expresa en el cerebro puede dar pistas importantes acerca de su función», explica Ed Lein, investigador en el Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro.

Manual de instrucciones

«Este atlas ofrece una visión completa de qué genes están activos en un momento determinado, en una región concreta y en qué tipos de células, durante el desarrollo embrionario. Esto significa que tenemos un mapa del cerebro humano en desarrollo. Algo crucial para entender cómo se forma el cerebro de manera saludable y una poderosa herramienta para investigar que va mal en la enfermedad», explica Lein.

Lo que han conseguido los investigadores del Allen «es una especie de manual de instrucciones de cómo se va formando el cerebro, limitado a tres estadíos del desarrollo embrionario, aunque con datos de miles de genes», aclara Juan Lerma, director del Instituto de Neurociencias de Alicante CSIC-UMH. Esta es la primera vez que se obtiene un mapa de expresión génica de este tipo en humanos.

En especial, resaltan los autores, el trabajo puede aportar datos muy interesantes en patologías como el autismo, que se empiezan a gestar durante el desarrollo embrionario. «En patologías como el autismo o la esquizofrenia hay alteraciones muy sutiles en la arquitectura cerebral, debido a la expresión de distintos genes», explica Lerma.

Conocer dónde y cuándo se activan los distintos genes que intervienen en el desarrollo del cerebro es importante también a la hora de desarrollar posibles dianas terapuéticas, resalta Mara Dierssen, del Centro de Regulación Genómica de Barcelona y presidenta de laSociedad Española de Neurociencia, que destaca el enorme valor de este trabajo para la comunidad científica.

Tanto Dierssen como Lerma coinciden en resaltar la importancia de que los datos obtenidos se hayan puesto a disposición de todos los investigadores. «El alcance del proyecto y el nivel de detalle de los datos recogidos, ha podido lograrse gracias al enfoque altamente colaborativo e interdisciplinar de distintos proyectos del Instituto Allen. Y ahora los datos están a disposición pública. Toda la comunidad científica puede beneficiarse de nuestro esfuerzo para impulsar sus propias investigaciones en nuevas y emocionantes direcciones», subraya Allan Jones, director ejecutivo del Instituto Allen para el Estudio del Cerebro.

El mapa de expresión génica abre nuevas posibilidades ya que permitirá a los neurocientíficos «estudiar en patologías espontáneas o inducidas en el laboratorio cómo la alteración de determinados genes genera modificaciones en el desarrollo del cerebro».

Modelos animales

El trabajo valida además el controvertido uso de modelos de ratón para el estudio de las patologías humanas, ya que ha puesto de manifiesto que hay más similitudes que diferencias entre el cerebro de roedores y el humano. «Un trozo de corteza cerebral de ratón no se diferencia la del cerebro humano, como ya adelantó Cajal», explica Lerma.

Las diferencias más significativas halladas entre ratones y humanos se encuentra en la corteza prefrontal, «una zona que nos diferencia evolutivamente de otras especies», explica Dierssen, que advierte que «hay que tener en cuenta que la mayor parte del desarrollo de esta zona del cerebro tiene lugar después del nacimiento, y depende de la experiencia». Algo que habrá de tenerse en cuenta, apunta, a la hora de estudiar el desarrollo de las patologías: «a nivel prenaltal ya se producen cambios, pero también hay un componente postnatal tan importante o más que el que se produce durante el desarrollo embrionario». Por lo que cree dificil que pueda atribuirse con certeza una patología al desarrollo prenatal exclusivamente.

Mapa de carreteras

Un segundo trabajo del Instituto Allen ha logrado por primera vez establecer el mapa de las redes neuronales del cerebro compoleto de ratón. Hasta ahora se contaba con mapas parciales de conexiones entre distintas regiones del cerebro, pero este es el primer «conectoma» del cerebro completo de un mamífero. Desde hace un cuarto de siglo se dispone del conectoma del gusano C. elegans, que tiene sólo 302 neuronas. Sin embargo, el cerebro del ratón tiene 75 millones de neuronas, organizadas de forma similar a las del humano.

Ambos trabajos se han dado a conocer un año después de que Obama hiciera pública la iniciativa Brain. En esta segunda etapa se ha doblado el presupuesto inicial, que era de cien millones de dólares, para dotar a los neruocientíficos de herramientas capaces de desentrañar el funcionamiento del cerebro.

El gran reto: de las neuronas a la conducta

Una proteína verde fluorescente ha permitido trazar las conexiones del cerebro, algo así como el “mapa de carreteras”. “Todas estas conexiones estaban determinadas en el ratón e incluso en humanos. Pero lo que no estaba bien determinado era en qué cantidad estaban interconectados las distintas estructuras del cerebro entre sí.” Este estudio ha permitido “saber dónde estas las autopistas, las carreteras nacionales y las secundarias del cerebro”, explica gráficamente Juan Lerma.

Uno de los grandes retos del cerebro de mamíferos es saber cómo se genera la conducta a partir de la actividad de las neuronas. Aunque esto aún no se ha logrado en el gusano C. Elegans, cuyo conectoma ya se conoce, es un requisito previo para dar ese importante paso. Hace unos días, Rafael Yuste, el principal impulsor del Proyecto Brain explicaba a ABC que lo importante para dar este paso, además de tener las conexiones, es ver la actividad conjunta de grupos de neuronas que forman estructuras “emergentes” que dan lugar a funciones concretas, como el pensamiento.

Primer mapa del cerebro humano en desarrrollo – ABC.es.

Cerebros más lentos, pero más sabios

Un estudio sugiere que el cerebro de las personas mayores trabaja más despacio, pero no por el declive cognitivo, sino por la ingente cantidad de información que almacena

Como un disco duro con su memoria llena. Así está el cerebro de las personas mayores: repleto de información, de datos y experiencias. Y es precisamente esa cantidad de datos lo que hace que, al igual que un ordenador con su memoria llena, su cerebro vaya más despacio que cuando eran más jóvenes. Es decir, según un curioso estudio que se publica en «Journal of Topics in Cognitive Science», no se trata de un declive mental o deterioro cognitivo asociado a la edad, sino que el hecho de procesar toda la información que contiene su cerebro les hace ir más despacio.

«El cerebro humano funciona más despacio en la vejez -señala Michael Ramscar-, pero sólo porque hemos almacenado más información a través del tiempo». Ramscar, autor del trabajo y profesor de la Universidad de Tübingen, en Alemania, cree que los cerebros de las personas mayores no se debilitan. «Por el contrario , simplemente saben más».

Los investigadores programaron un ordenador para leer una cierta cantidad de información cada día y aprender nuevas palabras y comandos. Cuando el ordenador únicamente «leía» una cantidad limitada de información, su rendimiento en las pruebas cognitivas se parecía al del cerebro de un adulto joven. Pero si el mismo equipo había estado expuesto a las experiencias de toda una vida, su rendimiento se parecía al de un adulto mayor: era más lento, pero no debido a que su capacidad de procesamiento había disminuido, sino a que su «experiencia acumulada» había incrementado su base de datos, lo que le obliga a procesarla y, por ello, tardaba más tiempo.

Más información a procesar

«Imagine ahora a alguien que sabe los cumpleaños de dos personas y puede recuperarlos casi a la perfección. ¿De verdad quiere decir que esa persona tiene mejor memoria que una que conoce los cumpleaños de 2.000 personas, pero ‘solo’ puede recordar correctamente el de nueve de cada diez personas?», señala Ramscar.

El estudio proporciona más de una explicación de por qué, debido a toda la información que nuestros cerebro debe procesar, a medida que envejecen éstos deberían parecer más lentos y olvidadizos que los cerebros más jóvenes.

Y señalan además que algunas pruebas cognitivas que se utilizan para estudiar la capacidad mental pueden favorecer a los cerebros más jóvenes. Por ejemplo, una prueba cognitiva llamada «aprendizaje asociado pareado» invita a la gente a recordar un par de palabras que no estén relacionados, como «corbata» y «galleta». A pesar de que los estudios han demostrado que los jóvenes son mejores en esta prueba, los científicos creen que las personas mayores tienen dificultades para recordar parejas sin sentido -como «corbata» y «galleta»- porque han aprendido que nunca van de la mano.

Cerebros más lentos, pero más sabios – ABC.es.

En el cerebro de un disléxico

Una investigación demuestra que los afectados por el trastorno tienen menos conectados los módulos lingüísticos de la mente

El hallazgo cambia la forma de entender y abordar la patología

La dislexia es cualquier cosa menos un trastorno raro: se estima que afecta al 10% de la población, o 700 millones de personas en el mundo. Décadas de investigaciones psicológicas han localizado el problema en las representaciones fonéticas del cerebro, que estarían distorsionadas en los disléxicos. Un estudio de imagen cerebral con 22 voluntarios sin este trastorno y 23 disléxicos demuestra ahora que las representaciones fonéticas en el cerebro están completamente intactas, y que la verdadera razón de la dislexia es un déficit en su conexión con las otras 13 áreas cerebrales implicadas en el procesamiento de alto nivel del lenguaje. Las terapias del futuro deberán basarse, proponen los autores, en mejorar esa conectividad.

La dislexia consiste en una dificultad para aprender a leer con fluidez y comprendiendo bien el texto, pese a que los afectados tienen una inteligencia no verbal normal, o a menudo alta. La disfunción no es específica de la lectura, porque el disléxico suele encontrar la misma dificultad para procesar el lenguaje hablado, y para pronunciarlo. Los psicólogos han localizado el problema en el cartógrafo cerebral que se ocupa de clasificar el magma sonoro del mundo real como un mapa de solo unas decenas de fonemas, las unidades básicas de cualquier lenguaje humano.

Las letras del lenguaje escrito son intentos humanos de mapear los fonemas como símbolos, más o menos acertados en según qué lengua. Pero mientras que la facultad del habla está en los genes —es uno de los grandes patrimonios genéticos comunes a toda la humanidad—, la escritura es una invención con solo unos milenios de historia.

Los fonemas están en los genes, y las letras están en la cultura. Pero la dificultad de leer del disléxico no tiene que ver con la visión de las letras, sino con los fonemas que las letras significan. De ahí que una dificultad de lectura tenga un fuerte componente genético. La dislexia tiende a agruparse en familias, y es el triple de común en hombres que en mujeres.

La dislexia afecta al 10% de la población, unos 700 millones de personas

El neurocientífico Bart Boets y sus colegas de la Universidad Católica de Lovaina, el University College de Londres, la Universidad de Oxford y el ETH de Zúrich han utilizado las técnicas más avanzadas para examinar el cerebro en acción de una muestra notable (45 personas) de voluntarios disléxicos y normales (entiéndase normales en el sentido de que representan al 90% de la población mundial). Ello incluye la resonancia magnética funcional, que cartografía (o ilumina) las zonas del cerebro activas mientras el paciente hace tareas de lectura y demás, y las modernas técnicas de computación que permiten detectar la conectividad entre unas zonas y otras: tanto las conexiones estructurales, o estables, como las funcionales que dependen de la tarea. Presentan sus resultados en Science.

Estas técnicas de alta resolución biológica les han permitido ver lo que pasa en las partes relevantes del cerebro mientras los disléxicos y los controles procesan el lenguaje. Como casi toda facultad mental, la representación de los fonemas ocupa un lugar concreto e identificable en el córtex cerebral: por una vez donde cabría esperar, cerca de las orejas, y llamado córtex auditivo primario y secundario. La actividad cerebral allí se ha revelado tan robusta y precisa en los disléxicos como en los controles. Hasta aquí la resonancia magnética funcional.

Pero los mapas de conectividad han revelado una diferencia consistente entre los dos grupos de voluntarios. Los mapas de fonemas (el córtex auditivo primario y secundario) se conectan normalmente con fuerza a las áreas lingüísticas de alto nivel, situadas en otra estructura distinta, el giro frontal inferior, cerca de la sien. Aquí se cuecen los análisis sintácticos y las asignaciones semánticas que se estudian en la escuela, y que son las que dan sentido al lenguaje. Es la conexión del córtex auditivo con estos procesadores de alto nivel la que está debilitada en las personas disléxicas.

No todos los neurocientíficos están convencidos, sin embargo, de que la dislexia sea por completo independiente de la representación fonética, o habilidad para distinguir claramente un fonema de otro. El neurólogo Michael Merzenich, de la Universidad de California en San Francisco, señala en la revista Science que “décadas de trabajo muy extenso y convincente” han mostrado que las personas con dislexia distinguen las representaciones fonéticas con menos fidelidad de lo normal. Merzenich y otros científicos no relacionados con el estudio consideran que las distinciones fonéticas utilizadas en la investigación de Lovaina no son lo bastante finas.

Pero otros expertos sí parecen más impresionados por el nuevo trabajo, como el científico cognitivo Franck Ramus, de la École Normale Supérieure de París: “Es el estudio más concluyente que he visto en el campo en los últimos cinco años; los resultados, de ser ciertos, modifican nuestro entendimiento de la dislexia de manera notable”. Ramus ve implicaciones para los programas de entrenamiento auditivo que se usan actualmente contra la dislexia.

Algunos científicos cuestionan las conclusiones del trabajo

“En las sociedades alfabetizadas actuales”, dice Boets, el primer autor del estudio, “las dificultades para leer y escribir no solo afectan a la educación y el desarrollo cognitivo, sino que también tienen un gran impacto en el bienestar socio-emocional, las oportunidades de trabajo y otros aspectos”.

El neurocientífico de Lovaina explica que, en la mayoría de las lenguas, el sistema de escritura es alfabético, o una correspondencia entre las unidades básicas del habla (los fonemas) y los símbolos visuales (letras o grafemas). La mayoría de los niños pueden así aprender a leer y escribir estudiando las reglas de correspondencia entre fonemas y grafemas. “Pero este proceso requiere cierto entendimiento de la estructura sonora, o fonológica, del lenguaje, y aquí es donde reside la dificultad de los disléxicos”, concluye Boets.

En el cerebro de un disléxico | Sociedad | EL PAÍS.

Europa se da diez años para construir un modelo virtual del cerebro

El mes pasado arrancó oficialmente el Human Brain Project (HBP), un megaproyecto financiado por la Comisión Europea con 1.200 millones de euros y en el que participarán durante diez años más de 130 instituciones de investigación en el mundo, 80 de ellas, europeas.

La finalidad del proyecto es «tratar de desvelar qué hace que el cerebro humano sea único, los mecanismos básicos que hay detrás del conocimiento y el comportamiento, y también qué pasa cuando falla», señala el neurocientífico Henry Markram , coordinador del proyecto desde la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), institución suiza que lidera la iniciativa.

Según Markram, el desarrollo del HBP traerá no solo un conocimiento más profundo del cerebro y de cómo tratar mejor las enfermedades cerebrales. También servirá como un acelerador tecnológico para mejorar los superordenadores y desarrollar sistemas totalmente nuevos inspirados en el funcionamiento y las capacidades del cerebro.

Markram participó recientemente en una conferencia organizada por IBM Research , en su filial de Zúrich (Suiza), a la que asistió SINC. La multinacional estadounidense está muy implicada en el proyecto, ya que desde 2005 colabora con la EPFL en el Blue Brain Project , un precursor del HBP nacido para crear un modelo funcional del cerebro mediante simulaciones en los supercomputadores Blue Gene de IBM.

La carrera del cerebro

Además, el Human Brain Project va a convivir con otro gran proyecto del estudio del cerebro llamado Brain Initiative , impulsado por Estados Unidos y liderado por el científico español Rafael Yuste, que pretende mapear todas y cada una de las neuronas. El presidente Obama está intentado persuadir al Congreso estadounidense para que otorgue a esta iniciativa una partida presupuestaria de 3.000 millones de dólares (2.220 millones de euros). Hasta ahora se han asignado 100 millones de dólares (unos 75 millones de euros).

La coincidencia en el tiempo de ambos proyectos ha hecho que se hable de la ‘carrera del cerebro’ y que se haya comparado a estas propuestas con el lanzamiento del Proyecto Genoma a comienzos de los noventa del siglo pasado.

Sin embargo, el Human Brain Project y la Brain Initiative tienen aproximaciones muy diferentes. «Nosotros vamos a ser muy pragmáticos en el HBP. Sabemos que es imposible mapear experimentalmente el cerebro. Algunos científicos están diciendo que se puede hacer como con el genoma humano, pero no es más que una ilusión», subraya Markram.

Según un símil utilizado frecuentemente en neurociencia, el número total de células, incluyendo neuronas, células vasculares y glía en el cerebro humano es mayor que el número de estrellas en la Vía Láctea.

«Sabemos que es imposible mapear experimentalmente el cerebro, lo que haremos será predecirlo»

El neurocientífico dice que con métodos convencionales, «se necesitarían unos 20.000 experimentos para mapear un solo circuito neuronal y en el cerebro hay unos 90.000 millones de neuronas. Además, para comprender plenamente el funcionamiento de todas las sinapsis y de cómo interactúan con las neuronas en otras partes del neocórtex, tendrían que rastrear 100 billones de conexiones, algo experimentalmente imposible», insiste.

Llevaría siglos hacerlo con la tecnología actual e incluso con futuros desarrollos. Entonces, añade, «si no podemos hacer un mapa experimental del cerebro, haremos un modelo predictivo. Vamos a predecir su biología, el número de neuronas, el tipo de neuronas, las conexiones, dónde están localizadas las proteínas… Tenemos que desarrollar una ciencia completamente nueva que se llamará neurociencia predictiva».

Simulación y experimentación

Así pues, el gran reto del HBP será simular el funcionamiento del cerebro en sus diferentes capas, desde el genoma y niveles celulares a neuronas, circuitos, regiones y finalmente el cerebro entero, empezando con ratones y luego con humanos.

En vez de mapear las estructuras neurales pieza a pieza, intentarán desentrañar algunos de los principios subyacentes que gobiernan la morfología y la arquitectura del cerebro. Y utilizarán superordenadores para, con miles de simulaciones estadísticas, predecir la forma en que las neuronas tienden a combinarse.

Después se comprobarán los modelos con los datos experimentales y, en teoría, se podrán predecir esas estructuras y utilizarlas para realizar ingeniería inversa del cerebro humano.

«El cerebro tiene muchos secretos,  se puede dañar una parte importante y sigue funcionando»

Según el coordinador del HBP, hará falta mucho trabajo para preparar y construir todo el software, organizar los datos biológicos y desarrollar los algoritmos. Y para ello será necesaria una computación totalmente diferente a la que existe ahora.

El big data que tendrá que manejar el proyecto vendrá también de los 100.000 artículos científicos que se publican anualmente sobre el cerebro y de datos procedentes de hospitales con información de pacientes, cuya identidad permanecerá anónima, gracias a las modernas técnicas de encriptación. «Hay una información muy dispersa y fragmentada que este proyecto permitirá unificar e integrar, dice Markram.

Acelerador tecnológico

«Las primeras fases del HBP aún se podrán realizar con los sistemas de supercomputaciónactuales, pero a medida que avance, mayor será su complejidad. Estamos trabajando para desarrollar nuevos paradigmas que nos permitan afrontar el desafío, señala Alessandro Curioni, director de ciencia computacional en IBM Research-Zúrich.

La firma ha colaborado con EPFL, que ahora lidera el Human Brain Project, en el desarrollo desuperordenadores intensivos en memoria e interactivos, que hagan frente a la avalancha de datos que habrá que procesar y almacenar.

Además de IBM, otras compañías como Cray, Intel y Bull también están trabajando para conseguir superordenadores 1.000 veces más veloces que los actuales. Estas firmas se han comprometido a construir las primeras máquinas exaescala (qué operarán a trillones de operaciones por segundo) hacia el año 2020. Pero la verdadera revolución tecnológica vendrá, según Curioni, de la computación neuromórfica en la que IBM ya lleva trabajando varios años.

Para construir estos sistemas los científicos computacionales intentan aprender del cerebro, de su forma de procesar, transmitir y almacenar información y de cómo hace todo esto con un consumo de energía mínimo (20 vatios, el equivalente a lo que consume una bombilla).

«El cerebro tiene muchos secretos, no necesita programarse, aprende. Es robusto, se puededañar una parte importante y sigue funcionando. La tecnología tiene todavía mucho que aprender de él», dice Markram.

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El cerebro humano trabaja al borde de la locura

Un modelo de los flujos de la actividad cerebral creado por científicos de la Universidad de Granada muestra que existe un equilibrio crítico entre avalanchas y calmas cuya ruptura puede provocar patologías mentales

Mapa del cableado neuronal del cerebro extraído del Proyecto Conectoma.

Hace 107 años, un aragonés logró el único premio Nobel de ciencia labrado hasta ahora dentro de nuestras fronteras con la única ayuda de un microscopio, útiles de dibujo y una mirada inquisitiva. Más de un siglo después, el camino pionero emprendido por Cajal ha avanzado tanto que, por paradójico que parezca, hoy el conocimiento acumulado de la trama y la función del cerebro es algo tan complejo que escapa a la propia comprensión del órgano que lo investiga.

Miguel Ángel Muñoz y Paolo Moretti

Por suerte, los investigadores de hoy cuentan con una herramienta tan imprescindible como para Cajal lo fueron sus lápices. Proyectos como el Blue Brain y el Human Brain Project utilizan superordenadores para crear modelos de simulación del cerebro humano, lo que ha convertido la investigación puntera en neurociencia en un trabajo conjunto de biología, física, matemáticas y computación. Hoy existen modelos básicos que los científicos pueden emplear como recreación informática del cableado cerebral. Pero la tarea no acaba aquí: una vez dibujada la arquitectura estática del cerebro, hay que poner en movimiento toda esa circuitería. “Utilizando una sencilla analogía, es como si tuviéramos a nuestra disposición, por un lado, un detallado atlas de carreteras, y por otro, un mapa del tráfico en distintos y determinados momentos del día”, resume Miguel Ángel Muñoz, catedrático de Física Teórica y Computacional de la Universidad de Granada (UGR).

Muñoz y su colega Paolo Moretti trabajan en el Instituto Carlos I de Física Teórica y Computacional y en el grupo de investigación en Física Estadística y de los Sistemas Complejos de la UGR. Allí cuentan con el superordenador PROTEUS, que les ha permitido simular ese tráfico eléctrico de la actividad cerebral utilizando como atlas de carreteras el mapa de la conectividad neuronal más preciso que existe, elaborado por el neurocientífico Olaf Sporns en la Universidad de Indiana (EE.UU.).

Lo que Muñoz y Moretti han logrado es reproducir la circulación por la red neuronal en distintas condiciones de actividad o reposo para analizar cómo y en qué regiones del cerebro se distribuye ese flujo electroquímico. “Los episodios de actividad neuronal constituyen un mecanismo para entender cómo la información codificada en las neuronas viaja de un lugar a otro del cerebro, haciendo así posible la integración de toda la información, dando coherencia al sistema”, apunta Muñoz.

Terremoto en la cabeza

Según publican los científicos en la revista Nature Communications, lo que han descubierto es que los patrones de actividad cerebral varían enormemente en intensidad, entre la llovizna y el diluvio. En algunos casos se producen avalanchas que, explica Muñoz, “no podemos comparar con el ejemplo del tráfico, porque para ello debería ocurrir que los coches, en un punto, pudiesen desdoblarse en varios y multiplicarse o evaporarse”. El físico asemeja estos episodios a “terremotos que continuamente perturban la superficie de la Tierra, y que en un proceso de cascada desencadenan avalanchas sísmicas de gran variabilidad”.

De acuerdo a los investigadores, la estructura jerárquica del cerebro posee el mando de control que permite regular la magnitud y la extensión de estas avalanchas, y si algo falla, las consecuencias pueden ser muy graves. “Si las avalanchas fuesen demasiado breves, la información codificada en ellas no podría viajar de una parte a otra del cerebro y no habría una coherencia suficiente para las operaciones cognitivas”, señala Muñoz. “Por otro lado, si las avalanchas fuesen siempre demasiado intensas, el cerebro estaría en un estado perpetuo de terremoto devastador, o dicho con algo más de precisión, en un estado de perpetua actividad epiléptica”.

El trabajo de Muñoz y Moretti resalta que esa capacidad de modulación permite al cerebro trabajar en un equilibrio crítico para que la información llegue a todas partes sin saturar el sistema. “Operar en condiciones críticas ofrece ventajas funcionales, como capacidades de computación óptimas, memoria y un amplio rango dinámico”, escriben los autores en su estudio. Pero se trata de un delicado balance en el punto justo entre el exceso y el defecto, dos posibilidades que “serían nefastas para el correcto funcionamiento del cerebro y ambas se pueden relacionar con patologías mentales”, concluye Muñoz. Algo que el escritor Philip K. Dick, autor del relato que dio origen a la películaBlade Runner, observó con otras palabras: “La distinción entre la cordura y la locura es más estrecha que el filo de una navaja”.

El cerebro humano trabaja al borde de la locura – ABC.es.

La alta literatura es gimnasia para el cerebro

La escritura literaria estimula las áreas cerebrales implicadas en la emoción social y la empatía

La novela popular y el ensayo no lo hacen

El trabajo que Science publica este jueves hace diana en el epicentro de la más profunda cuestión en la estética literaria. ¿Por qué El código Da Vinci de Dan Brown puntúa menos que El americano impasible de Graham Greene en ese concurso para ascender al parnaso? ¿En qué sentido es Arturo Pérez Reverte menos literario que Javier Marías? ¿Por qué discutieron Carlos Ruiz Zafón y Antonio Muñoz Molina? Pues bien, he aquí una respuesta: mirad al cerebro. Leer ficción literaria recluta las áreas cerebrales implicadas en la emoción social: las que distinguen una sonrisa sincera de una falsa, detectan si alguien se siente incómodo o evalúan las necesidades emocionales de familiares y amigos. La ficción popular (como las novelas de espías o de amor y lujo) no lo hace, y la estantería de no ficción tampoco lo consigue.

Las lecturas literarias también son únicas en que estimulan la teoría de la mente, la facultad de ponerse en la piel del otro. La razón, según publican en Science los científicos de la Nueva Escuela de Investigación Social en Nueva York, es que la alta literatura nos obliga a expandir nuestro conocimiento de las vidas de otros, y a percibir el mundo desde varios puntos de vista simultáneos.

Los resultados de los científicos de Nueva York ofrecen, seguramente por primera vez en la historia de la crítica literaria, un criterio objetivo para cuantificar “el valor de las artes y la literatura”, como dice su institución. La Nueva Escuela de Investigación Social se fundó en 1919 con el espíritu de promover la libertad académica, la tolerancia y la experimentación. Publicar una investigación en Science es seguramente una culminación de ese programa. Su trabajo muestra que “leer ficción literaria estimula un conjunto de capacidades y procesos de pensamiento fundamentales para las relaciones sociales complejas, y para las sociedades funcionales”.

El psicólogo Emanuele Castano y su estudiante de doctorado David Comer Kidd han consultado a críticos e historiadores de la literatura para dividir el espectro continuo y diverso de la expresión literaria en solo tres categorías: ficción literaria, ficción popular y no-ficción.

Los voluntarios —siempre los hay en las investigaciones de psicología experimental, y suelen ser estudiantes de psicología sedientos de créditos— leyeron textos de esos tres géneros y se sometieron a todo tipo de mediciones perpetradas por Kidd y Castano. Los psicólogos estaban interesados sobre todo en su teoría de la mente, la habilidad de adivinar los pensamientos de otros, sus intenciones y emociones más ocultas. Este ejercicio de adivinación es algo que todos practicamos continuamente, de un modo más o menos consciente, pero unas personas lo hacen mejor que otras.

Una de estas pruebas es leer la mente en los ojos. Los participantes miran a fotografías de actores en blanco y negro y tienen que adivinar la emoción que están expresando. ¿Fácil? Pues seguro que hay alguien que lo hace mejor que usted. Otra prueba se llama el test de Yoni, y trata de medir a la vez las habilidades de percepción cognitiva y emocional de los voluntarios. “Hemos usado diversas medidas de la teoría de la mente”, dicen Kidd y Castano, “para asegurarnos de que los efectos que vemos no son específicos de un tipo de medida, y acumular evidencias convergentes para nuestra hipótesis”.

En los cinco tipos de experimento, los psicólogos de Nueva York han comprobado que los voluntarios que fueron asignados (al azar) a leer los textos más literarios puntuaron más alto en las medidas de la teoría de la mente que los que leyeron ficción popular o ensayo. Estos dos últimos géneros, por cierto, puntuaron igual de mal en esas pruebas.

“A diferencia de la ficción popular”, concluyen los autores, “la ficción literaria requiere una implicación intelectual y un pensamiento creativo de sus lectores”. Así que ya lo saben: lean bien, queridos lectores.

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Dos millones de euros para el español que trazará el mapa del cerebro humano

Rafael Yuste en la Universidad de Columbia. | Miguel Rajmil

El neurocientífico español Rafael Yuste ha sido premiado este lunes con el galardón estrella de la investigación científica en Estados Unidos para los pioneros en su campo. Yuste, catedrático de la Universidad de Columbia en Nueva York, recibirá 2,5 millones de dólares (unos 1,9 millones de euros) para explorar nuevas técnicas que le permitan dibujar el mapa de la actividad cerebral.

El director de la agencia de Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos (NIH, en sus siglas en inglés), que es la encargada de la investigación, recompensa cada año desde 2004 a los científicos individuales «con una creatividad excepcional, que propongan ideas pioneras y posiblemente transformadoras para los mayores retos de la investigación biomédica y del comportamiento».

«Se trata de una beca para investigar en vez de un premio por los logros pasados», explica la agencia, que dará 500.000 dólares (unos 370.000 euros) anuales durante cinco años a Yuste para que avance en sus experimentos destinados a registrar la actividad neuronal.

Es el premio científico más codiciado ya que no tiene requisitos de experiencia y está indicado para innovadores en cualquier ciclo de su carrera. La NIH dice en sus bases que ‘anima’ a presentarse a mujeres científicas. Este año Yuste competía con más de 3.000 científicos para un galardón que reciben ahora él y otras once personas.

Hipótesis ‘revolucionaria

La idea del premio, según explica el neurobiólogo madrileño a ELMUNDO.es, es «perseguir una hipótesis que no sea convencional, pero que pueda ser revolucionaria en tu campo». «En mi caso les propuse descifrar las conexiones de la corteza visual del ratón con unas técnicas nuevas que hemos desarrollado para comprobar si funciona como una red neuronal», explica.

Yuste es quien ideó el proyecto para intentar componer en los próximos 15 años el mapa de toda la actividad cerebral, que se ha convertido en la gran apuesta científica de la Administración Obama.

La Casa Blanca presentó el plan en abril para financiar a científicos que desarrollen técnicas que permitan registrar la actividad de las cerca de 100.000 millones de neuronas a la vez. Los secretos del órgano más desconocido servirán para curar y evitar la esquizofrenia, la epilepsia, la demencia o el Parkinson entre el millar de enfermedades mentales que afectan a unas mil millones de personas en el mundo.

El Gobierno de Estados Unidos aspira a invertir cientos de millones en el programa más ambicioso desde el mapa de genoma humano y que ha bautizado ahora con el nombre de BRAIN. La Administración planea empezar a dar las primeras becas la próxima primavera.

Desentrañando las ‘junglas impenetrables’ del cerebro

Desde que con 14 años su padre le regaló el libro de Ramón y Cajal ‘Reglas y consejos sobre investigación científica’, Yuste ha dedicado su carrera a las «junglas impenetrables» del cerebro. Estudió Medicina en la Autónoma de Madrid y se fue a hacer el doctorado a la Universidad Rockefeller de Nueva York para explorar la corteza del cerebro con el Nobel Torsten Wiesel, que ahora ha sido uno de los que le ha recomendado para el premio de la NIH junto con Rodolfo Llinás, neurobiólogo colombiano y profesor de la Universidad de Nueva York, y Peter Somogyi, de la Universidad de Oxford.

Ya en su tesis, Yuste descubrió cómo utilizar métodos de imagen de calcio para registrar la actividad de varios centenares de neuronas. Su gran objetivo ahora en el laboratorio que dirige en la Universidad de Columbia es poder hacerlo en tres dimensiones, medir el voltaje de las descargas eléctricas e incluir cada vez más células.

Yuste suele comparar el cerebro con una película en alta definición de la que se ve un fragmento mínimo. «Es como si en vez de ver toda la pantalla sólo pudieses ver dos o tres píxeles. Así nunca podrías entender lo que pasa. Tenemos una pantalla con 100.000 millones de neuronas. En ciertos laboratorios, se ven mil a la vez. Pero nadie ha visto la película. Nadie tiene las herramientas para hacerlo. Queremos dotar a la neurociencia de la habilidad para ver la película por primera vez», explica.

El científico celebrará este lunes el premio en San Sebastián, donde es uno de los principales ponentes en un congreso para promover el progreso de ciencia llamado ‘Passion for Knowledge’.

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El cerebro de las bailarinas «se adapta» a sus giros – BBC Mundo

Además de su gracia, su perfecto equilibrio y su estilo, las bailarinas de ballet desarrollan otra habilidad menos fácil de percibir para el público pero no por eso menos espectacular: la capacidad de modificar sus estructuras cerebrales para dar giros sin sentirse mareadas.

A esa conclusión llegó un estudio del Colegio Imperial de Londres, que reveló que las bailarinas parecen suprimir las señales del oído interno al cerebro. Los investigadores piensan que este hallazgo puede servir a aquellos pacientes que sufren de mareos crónicos. El mareo es la sensación de que todo se mueve cuando, en realidad, uno está quieto, y para la mayoría de nosotros se trata de algo ocasional y temporal, pero una de cuatro personas experimenta en algún momento de su vida mareos crónicos.

Las bailarinas de ballet entrenan arduamente para poder dar giros y piruetas rápidamente y de forma repetida. Entre las técnicas que utilizan para no marearse, ellas se concentran en un lugar particular del piso mientras giran, y siempre la cabeza deber ser la última parte en moverse y la primera en regresar. Cuando alguien da vueltas rápidamente, los fluidos en el aparato vestibular del oído interno se mueven a través de pequeños pelos. Al detenerse la persona, el fluído continúa moviéndose, lo que puede hacer que el sujeto en cuestión sienta que todavía está girando.

La silla que gira

En el estudio, publicado por la revista Cerebral Cortex, los investigadores reclutaron a 29 bailarinas y a 20 remeras de una edad y un estado físico similar. Luego de hacerlas girar en una silla, se solicitó a cada una de ellas que mover una manija cuando sintieran que aún estaban girando a pesar de ya haberse detenido.

Los pacientes con mareos crónicos podrían beneficiarse de esta investigación.

Los reflejos oculares disparados por los órganos vestibulares fueron medidos y se tomó resonancias magnéticas para observar la estructura cerebral de las participantes. La percepción de seguir girando de las bailarinas duró menos que las de las remeras, y mientras más experimentadas las bailarinas, más breve el efecto.

Los escáneres mostraron diferencias entre las bailarinas y las remeras en dos partes del cerebro: el cerebelo, donde se procesa la información sensorial de los órganos vestibulares, y la corteza cerebral, que percibe el mareo. El equipo de científicos también descubrió que en la remeras la percepción del mareo estaba muy vinculada con los reflejos oculares generados por las señales del aparato vestibular, pero que este vínculo no existía en las bailarinas.

Mejor tratamiento

El líder de la investigación, el doctor Barry Seemungal del Departamento de Medicina del Colegio Imperial de Londres, explicó que «no es útil para la bailarina sentirse mareada o desbalanceada, sus cerebros se adaptan en años de entrenamiento para suprimir estas sensaciones». Debido a eso, «la señal que viaja a las áreas del cerebro responsables por la percepción del mareo en la corteza cerebrar es reducida, haciendo que las bailarinas se vuelvan más resistentes a esa sensación». Para el doctor Seemungal, si la ciencia logra estudiar y monitorear esa misma área en los pacientes con mareos crónicos, se podría lograr tratar mejor este tipo de dolencia.

Deborah Bull, una antigua primera bailarina del Royal Ballet, le dijo a la BBC que lo más interesante «es que las bailarinas han refinado y hecha más precisa la instrucción al cerebro a tal punto que el cerebro se reducido».»No necesitamos esas extra neuronas», concluyó Bull.

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Descubren la clave para reducir los olvidos

Según un estudio, los recuerdos no olvidados se asocian con una mayor coordinación entre el hipocampo y la corteza cerebral, y dos partes del cerebro vinculadas con la formación de la memoria

REUTERS
Cuando los recuerdos están apoyados por una mayor coordinación entre las diferentes partes del cerebro, es una señal de que van a estar en la memoria durante más tiempo, explican los investigadores

Un equipo de neurocientíficos de la Universidad de Nueva York, enEstados Unidos, ha encontrado una clave para reducir los olvidos. Sus resultados, publicados en la revista «Neuron», muestran que cuanto mejor sea la coordinación entre dos regiones del cerebroes menos probable que se olvide la información recién obtenida. «Cuando los recuerdos están apoyados por una mayor coordinación entre las diferentes partes del cerebro, es una señal de que van a estar en la memoria durante más tiempo», explicó la principal autora del estudio, Lila Davachi, profesora asociada en el Departamento de Psicología y el Centro para la Ciencia Neural de la Universidad de Nueva York.

Normalmente, se entiende que la clave para la consolidación de la memoria, la fijación de una experiencia o información en nuestro cerebro, es la señalización en el hipocampo del cerebro a través de diferentes áreas corticales. Por otra parte, se ha planteado la hipótesis, pero nunca demostrado, que cuanto mayor es la distribución de la señalización, la información se afianza más fuerte en nuestro cerebro.

Davachi y su colega Kaia Vilberg, ahora investigadora postdoctoral en el Centro para la Longevidad de la Universidad de Texas y la Escuela de Ciencias del Comportamiento y el Cerebro de Dallas, en Estados Unidos, trataron de determinar si había evidencia científica para esta teoría. Para ello, examinaron cómo se forman los recuerdos en sus primeras etapas a través de una serie de experimentos en un periodo de tres días.

En el primer día de estudio, los investigadores trabajaron para codificar o crear nuevos recuerdos entre los sujetos del estudio, mostrándoles una serie de imágenes-objetos y escenas al aire libre, los cuales fueron emparejados con palabras. A continuación, se les pidió que formaran una asociación entre la palabra y la imagen presentada en la pantalla. Al segundo día, los sujetos regresaron al laboratorio y completaron otra serie de tareas de codificación utilizando nuevos conjuntos de imágenes y palabras, lo que permitió a los investigadores comparar los dos tipos de memoria: la más consolidada, la memoria de larga duración (LD) codificada el primera día, con la menos consolidada, la memoria de corta duración (SD) codificada en el segundo día.

Después de un breve descanso, se puso a los participantes en una máquina de resonancia magnética con el fin de controlar la actividad neuronal y se les mostró las mismas parejas de imágenes y palabras que vieron en los dos primeros días, así como una nueva ronda de efectos visuales combinados con palabras. Luego completaron una prueba de memoria de aproximadamente la mitad de las parejas vistas hasta el momento y el tercer día, volvieron al laboratorio para una prueba de memoria con las imágenes restantes.

Aislar recuerdos

Al ponerles a prueba durante varios días, los investigadores fueron capaces de aislar recuerdos que se olvidaron o fueron preservados en el tiempo y, así, comprender mejor los factores neurológicos que contribuyen a la preservación de la memoria. Sus resultados mostraron que los recuerdos (por ejemplo, las asociaciones de palabras e imágenes) que no fueron olvidados se asociaron con una mayor coordinación entre el hipocampo y la corteza cerebral izquierda perirrinal (LPRC) y dos partes del cerebro previamente vinculadas con la formación de la memoria.

Por el contrario, fue notablemente menor la conectividad entre las regiones para las asociaciones visuales con palabras que los sujetos del estudio tendían a olvidar. Además, los investigadores descubrieron que la actividad cerebral coordinada entre el hipocampo y la actividad LPRC, pero no en general en estas regiones, se relaciona con elfortalecimiento de la memoria, argumentando que contribuye a la longevidad de los recuerdos.

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‘Minicerebros’ creados en el laboratorio

• Científicos desarrollan estructuras cerebrales a partir de células madre
• Se trata de ‘minicerebros’ de unos cuatro milímetros que son funcionales
• Los investigadores afirman que servirán para el estudio de enfermedades

Sección del tejido cerebral generado a partir de células embrionarias. | Madeline Lancaster (Nature)

Investigadores del Instituto de Biotecnología Molecular de Viena, Austria, han conseguido lo que parece ciencia ficcción: cerebros de laboratorio. En realidad, son estructuras de sólo unos cuatro milímetros pero que reproducen la estructura de un cerebro humano. La ‘creación’ ha sido posible a la tecnología con células madre embrionarias y células iPSy, según los expertos, ayudará a analizar cómo se desarrolla este órgano en el útero materno y posiblemente a comprender mejor ciertos problemas neurológicos.

Los resultados, publicados en la revista ‘Nature’, vienen a suponer un paso más en la ingeniería de tejidos que en los últimos meses ha conseguido éxitos importantes como la creación en el laboratorio de órganos tan importantes como el hígado, la vejiga o el riñón.

Lo que han logrado los investigadores austriacos es crear un medio de cultivo que recree las condiciones en las que las células madre embrionarias se encuentran en en el útero materno, donde son capaces de transformarse en células especializadas para formar un cerebro. Con ese gel de cultivo y, tras colocarlas en un bioreactor, las células fueron capaces de organizarse y formar esferas que llegaron a medir a los dos meses entre tres y cuatro milímetros de diámetro, lo que representa un estadio similar al desarrollo cerebral de un embrión de nueve semanas.

«Los ‘organoides’ cerebrales muestran regiones discretas que recuerdan diferentes áreas del cerebro humano en un desarrollo inicial», explica Madeline Lancaster, primera autora del estudio. Estas regiones incluyen las capas neuronales de la corteza cerebral y el hipocampo, donde reside la capacidad de aprendizaje. Además, las pruebas realizadas en el laboratorio demuestran que estos minicrebros son funcionales.

Estos ‘minicerebros’ han sobrevivido durante casi un año, pero no han crecido más. La razón de que su tamaño no progrese es la falta de aporte sanguíneo, nutrientes y oxígeno, ya que no hay un sistema venoso que los transporte hasta el interior de estas estructuras.

Una de las principales utilidades de estas ‘herramientas’ celulares es su uso como modelo de estudio para analizar problemas como la esquizofrenia o el autismo que, aunque se suelen diagnosticar cuando la persona es joven (o en la niñez en el caso del autismo) su alteración se produce en el desarrollo embrionario.

Además, estos investigadores han dado un paso más para confirmar que los ‘minicerebros’ son funcionales y útiles para la investigación de enfermedades. Este paso lo dieron con la ayuda de neurólogos de la Universidad de Edimburgo (Escocia) y consistió en desarrollar ‘minicerebros’ con una patología. Para ello, utilizaron células iPS, o reprogramadas, procedentes de la piel de personas con microcefalia (un trastorno que genera un cerebro con un tamaño más pequeño de lo normal).

Lo que comprobaron es que estas células se convirtieron en neuronas que se especializaron demasiado pronto, es decir, los cerebros no se desarrollaron lo suficiente antes de esa especialización y su tamaño fue menor del que tenían los otros mini-cerebros, algo lógico ya que se trataban de personas con ese problema.

Zameel Cader, un neurólogo en el Hospital John Radcliffe, en Oxford (Reino Unido) ha declarado que se trata de «una investigación fascinante que amplía las posibilidades de la tecnología con células madre para comprender el desarrollo del cerebro, los mecanismos de las enfermedades y descubrir terapias».

Algo más excéptico se muestra Dean Burnnett, profesor de Psiquiatría de la Universidad de Cardiff, quien señala que «el cerebro humano es la cosa más compleja que conocemos en el universo, y tiene un número de conexiones e interacciones terriblemente elaboradas, ambas se dan entre sus numerosas subdivisiones y en el cuerpo en general. Decir que puedes replicar el trabajo del cerebro con un tejido en una placa de laboratorio es como inventar el primer abaco y decir que puedes utilizarlo para hacer funcionar la última versión de Windows; hay una conexión, pero hay un gran camino por recorrer hasta que se consigan aplicaciones».

‘Minicerebros’ creados en el laboratorio | Biociencia | elmundo.es.

El área del cerebro que decide si una idea es viral – BBC Mundo

La unión temporoparietal se activa cuando vemos algo que creemos vale la pena compartir.

¿Qué hace que un artículo, un video o una foto se conviertan en un éxito en internet? ¿Qué nos lleva a compartir con nuestros amigos determinados contenidos en Facebook o Twitter? ¿Cuál es el secreto para que una idea se vuelva viral y llegue a millones de personas a través de la red?

Científicos de la Universidad de California – Los Ángeles (UCLA, por sus siglas en inglés) parecen haber dado con la respuesta a algunas de esas preguntas.En un reciente estudio lograron identificar por primera vez el área del cerebro asociada con el reconocimiento y expansión de las ideas exitosas.

Según la investigación, publicada en la revista Psychological Science, se trata de la llamada unión temporoparietal (TPJ, por sus siglas en inglés), una región cerebral que se activa cuando vemos algo que creemos que vale la pena compartir. Los científicos comprobaron además que, cuánto más activa está la TPJ, más persuasivos somos a la hora de «vender una idea».

«Queríamos averiguar cuáles eran los procesos neuronales que hacen que veamos algo y decidamos que queremos compartirlo con otras personas», le explicó a BBC Mundo Matthew Lieberman, uno de los responsables del estudio junto con la estudiante de doctorado Emily Falk. «Nuestra investigación sugiere que los seres humanos estamos siempre pendientes de cuán interesantes y útiles son las cosas, no sólo para nosotros sino también para los demás», señaló el experto.

Programas de televisión

Este estudio explica cómo se inician fenómenos como el del «Gangnam Style».

Para llevar a cabo el estudio, los investigadores sometieron a 19 estudiantes a una resonancia magnética mientras les proyectaban 24 programas piloto de televisión ficticios.

Se les pidió que se imaginaran que eran becarios de un canal de televisión y que debían presentar a sus productores los programas que creían que tenían más potencial. Luego 79 estudiantes adoptaron el rol de productores. Les hicieron ver los videos en los que los becarios «vendían» los programas piloto que habían seleccionado y les pidieron que calificaran las ideas en base a esos videos.

Los investigadores descubrieron que a los estudiantes que actuaron como becarios se les activó la unión temporoparietal cuando identificaron los programas que pensaban iban a ser más exitosos. Además, los resultados mostraron que los estudiantes que mejor persuadieron a los productores de las bondades de los programas que habían seleccionado fueron aquellos que registraron una mayor activación de la TPJ al reconocer las ideas que iban a vender.

Esta activación no solamente era mayor que en el caso de aquellas personas que resultaron menos convincentes para los productores, sino que también superaba a la que ellos mismos habían registrado cuando habían sido expuestos a los programas que no les habían gustado tanto.

Mentalizar

La investigación podría ayudar a hacer más efectivas campañas de salud pública.

«Cuando a los participantes se les presentaron esas ideas esperábamos que se activaran las regiones cerebrales relacionadas con la memoria pero no fue así», señala Matthew Lieberman.

«En cambio comprobamos cómo, cuando los participantes identificaban una idea que querían hacer llegar a otras personas, el área cerebral que registraba actividad era la TPJ, que es la región involucrada en pensar sobre lo que sienten y piensan los demás».

Según explica Lieberman, la unión temporoparietal es la zona que normalmente utilizamos para mentalizar, «que es el proceso que nos permite comprender que otras personas tienen puntos de vista diferentes o diferentes sentimientos o reacciones».

«Es la zona del cerebro que utilizamos cuando intentamos decidir si alguien está siendo honesto con nosotros o cuando nos metemos en la mente del protagonista de una novela o una película».

Se podría pensar que las personas son más entusiastas con las ideas que ellos mismos encuentran interesantes, pero nuestra investigación demuestra que no es del todo así. Pensar en lo que puede resultar atractivo para los demás parece ser incluso más importante»

Matthew Lieberman, investigador de la UCLA

«Cuando sabemos que alguien se acaba de divorciar o ha perdido un ser querido, el sistema de mentalización es critico para sentir empatía por esa persona», señala Lieberman.

«Hemos descubierto que una mayor actividad en la TPJ está asociada con una mayor habilidad para convencer a otros de que una idea es buena».»Se podría pensar que las personas son más entusiastas con las ideas que ellos mismos encuentran interesantes, pero nuestra investigación demuestra que no es del todo así. Pensar en lo que puede resultar atractivo para los demás parece ser incluso más importante», asegura el investigador.

Lieberman y su equipo creen que estudiar la TPJ para descubrir qué tipo de informaciones e ideas activan más esa región cerebral podría ayudar a predecir qué campañas de publicidad tienen más posibilidades de volverse virales. Además, podría ayudar a hacer más efectivas campañas de salud pública para, por ejemplo, reducir los comportamientos de riesgo entre los adolescentes o combatir el tabaquismo o la obesidad.

El área del cerebro que decide si una idea es viral – BBC Mundo – Noticias.

Los genes culpables de la migraña

Expertos del Wellcome Trust Sanger Institute de Reino Unido y del Centro Médico de la Universidad de Leiden (Países Bajos) han identificado cinco regiones genéticas relacionas con la aparición de la migraña, lo que abre nuevas puertas «a la comprensión de las causas y factores biológicos desencadenantes de los ataques de esta enfermedad» .

De esta forma, los investigadores han hallado algunas de las raíces biológicas que «por primera vez» se vinculan a esta patología, algo que han conseguido en el mayor estudio sobre la migraña. De hecho, el equipo de científicos ha encontrado 12 regiones genéticas asociadas con la susceptibilidad a la migraña.

De todas ellas, ocho se hallan cerca o en los propios genes conocidos por jugar un papel en el control de dos trazados del circuito del cerebro. Además, éstas están asociadas con los genes que son responsables de mantener el tejido cerebral sano, por lo que indican que la regulación de estas vías «puede ser importante para la susceptibilidad genética de las migrañas».

Dífícil de estudiar

Según los expertos, la migraña es un trastorno debilitante que «afecta a aproximadamente el 14 por ciento de los adultos», algo que ha repercutido en que haya sido reconocida recientemente «como el trastorno neurológico más costoso» . Para ellos, es «extremadamente difícil de estudiar», ya que no hay biomarcadores entre o durante los ataques.

En este sentido se manifiesta el miembro del Wellcome Trust Sanger Institute, Aarno Palotie, que señala que la migraña, junto a la epilepsia, son enfermedades neuronales «particularmente difíciles de estudiar», y es que, entre los episodios, el paciente está «básicamente sano». Esta situación hace que sea «muy difícil» descubrir pistas bioquímicas, asegura.

Base de datos

Para llegar a las conclusiones obtenidas con este trabajo, los científicos han comparado los resultados de 29 estudios genómicos diferentes, en los que se incluyeron más de 100.000 muestras de pacientes con migraña y sin ella. Tras ello, se ha observado que algunas de las regiones de susceptibilidad están cerca de una red de genes que son sensibles al estrés oxidativo, un proceso bioquímico que da como resultado la disfunción de las células, explica.

Por su parte, la miembro del Centro Médico de la Universidad de Leiden y coautora de este estudio comparativo, la doctora Gisela Terwindt, sostiene que las evidencias alcanzadas demuestran que se pueden desentrañar los genes que son «importantes y sospechosos», por lo que apuesta por realizar seguimiento de los mismos en el laboratorio.

nota

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El conectoma, el genoma humano del cerebro

Los científicos intentan obtener el mapa de conexiones neuronales, un gran hito para la ciencia

Imagen que reproduce las conexiones neuronales del cerebro humano / GYI

Descifrar el genoma humano, hito que consiguió en 2003 un consorcio internacional de científicos, supuso un gran paso para la ciencia. Era la culminación de un proyecto mastodóntico iniciado 13 años antes. Aunque todavía no se han logrado predecir, diagnosticar y tratar muchas de las enfermedades actuales, la medicina se transformó como nunca gracias a aquel hallazgo.

Pero lo que está por venir supera con creces el hecho de haber descifrado lo que muchos convinieron en tildar como El árbol de la vida. Estamos hablando de determinar, ni más ni menos, el mapa completo de las conexiones del cerebro: el conectoma. “Es algo mucho más complicado, sin duda. No tiene punto de comparación”, señala a LaVanguardia.com Javier de Felipe, investigador del CSIC que actualmente desarrolla su actividad en el laboratorio Cajal de Circuitos Corticales (UPM). “Estamos hablando de miles de millones de neuronas y de billones de conexiones, con sus correspondientes combinaciones”, añade.

A día de hoy, existe una especie de carrera entre Europa y Estados Unidos para ver quién consigue mapear antes los circuitos neuronales del cerebro humano. Por una parte está el Human Brain Project: una iniciativa gigantesca europea, que cuenta con 1.000 millones de euros de presupuesto y una duración de 10 años, que persigue crear simulaciones detalladas del cerebro basándose en datos reales; y por otra estaría el BRAIN: un proyecto norteamericano, en el que participa el científico español Rafael Yuste, que tiene por objetivo crear (con un presupuesto de 100 millones de dólares el primer año) el mapa del cerebro humano para ayudar en un futuro a curar enfermedades como el Alzheimer o la epilepsia. Y es que ahora los científicos saben que muchas enfermedades psiquiátricas, como el autismo o la esquizofrenia, son conectopatías, enfermedades en las que el cableado del cerebro es anómalo.

Ambos proyectos, tanto el europeo como el norteamericano, tienen puntos en común, “aunque son diferentes”, apunta Mara Dierssen, neurobióloga del Centro de Regulación Genómica de Barcelona (CRG). “En el europeo, la idea es aplicar las ciencias de la tecnología y la información a la investigación en neurociencia. El proyecto norteamericano, sin embargo, recuerda más al del genoma humano: mapeo de todas las neuronas del cerebro”, agrega.

La industria de la computación está muy interesada en todo este tipo de proyectos. Y es que el cerebro humano funciona con una potencia de tan sólo 12 vatios, frente a los miles de vatios que requieren, por ejemplo, los superordenadores para trabajar. Sin ir más lejos, cada uno de los 90 servidores de la supercomputadora de IBM Watson –un sistema informático de inteligencia artificial capaz de responder a preguntas formuladas en lenguaje natural- requiere de 1.000 vatios para funcionar. “No es que nuestro cerebro sea más capaz que una supercomputadora, sino que utiliza ‘trucos’ matemáticos, es decir, algoritmos matemáticos que todavía desconocemos”, esgrime De Felipe, máximo responsable de una de las divisiones, la molecular y celular, del Human Brain Project.

“Nuestro cerebro tiene una información incompleta del mundo por lo que tiene que hacer una estimación estadística del estado probable de éste y de los presumibles resultados de sus acciones o decisiones. Podríamos definir el cerebro como un inmenso procesador matemático que resuelve esta cuestión de una forma increíble. Es por eso que no sólo queremos conocer su diseño, sino cuáles son también los algoritmos que utiliza para percibir el mundo”, remata.

El conectoma y el sinaptoma

Hay varios niveles de análisis del cerebro: uno macroscópico -por ejemplo, a través de resonancias magnéticas- y otro intermedio -en el que se utiliza un microscopio óptico y se trabaja en micras- que supondrían mapas de conexiones que quedarían definidos bajo el término conectoma. Pero todavía hay un tercero más complejo, que es el mapa a nivel ultraestructural de las conexiones sinápticas de las neuronas, que sería lo que se conoce como sinaptoma. Para De Felipe, “descifrar el sinaptoma es imposible dadas las dimensiones del cerebro”.

Utilizando una analogía, identificar las autopistas que vertebran un territorio podría equivaler al conectoma, mientras que conocer las salidas que tiene cada una de ellas, saber a qué poblaciones llevan y averiguar, además, en cuál de éstas vive el Sr. ‘X’ (calle, edificio y piso de residencia incluidos) sería el equivalente al sinaptoma. A través de este ejemplo, es fácil determinar el diferente grado de dificultad a la hora de descifrar uno u otro mapa de conexiones.

Hasta ahora se conoce un solo conectoma: el de un nematodo (gusano cilíndrico) llamado Caenorhabditis Elegans. Su modesto sistema nervioso consta de sólo 300 neuronas. En las décadas de 1970 y 1980 un equipo de investigadores trazó el mapa de sus 7.000 conexiones interneuronales, es decir, su conectoma. Obviamente, el del ser humano es mucho más complejo y es que tiene más de 100 mil millones de neuronas y 10 mil veces más de conexiones.

Posible utilidad práctica

“Si no conocemos cómo está organizado el cerebro, es prácticamente imposible conocer cómo se altera por la acción de las diversas enfermedades que le afectan y por tanto se hace muy difícil combatirlas de forma efectiva”. Esta reflexión del neurocientífico Javier de Felipe es muy ilustrativa de lo que persiguen proyectos como los del Human Brain Project, el BRAIN o incluso el Cajal Blue Brain, otra de las iniciativas en las que está involucrado este investigador del CSIC.

El Cajal Blue Brain está intentando descifrar la estructura de un pequeño fragmento de corteza cerebral para poder así hacer simulaciones muy reales de cómo ésta funciona. “Sabríamos cómo afecta un fármaco al cerebro mediante una simulación. Podríamos analizar millones de posibles cambios y hacer experimentos a través de esta simulación. Es la misma idea que persigue el ‘Human Brain Project’”

A pesar de las expectativas que han levantado estos proyectos, parte de la comunidad científica ha mostrado sus dudas con respecto a poder llegar a comprender, algún día, el cerebro humano. “Eso es absurdo”, asegura De Felipe. “No hay nada que nos pueda parar en el estudio del cerebro”, sentencia.

La utilidad de una simulación completa del cerebro también ha sido puesta en tela de juicio por algunos científicos. “Los modelos computacionales, por ahora, también tienen sus limitaciones”, recuerda Dierssen. “Necesitas datos sólidos. Además, la información que vas obteniendo va cambiando a lo largo del tiempo y de forma importante. O sea, que se están haciendo modelos de algo que cambia de forma muy dinámica”.

Otro de los problemas en los que se sustenta la desconfianza mostrada por algunos de los investigadores radica en el hecho de que «se ha sobredimensionado un poco la posible aplicabilidad de estos proyectos diciendo por ejemplo que se podrán imitar ‘in silico’ [por ordenador] patologías tan complejas como el Alzheimer», explica Dierssen. Esta neurobióloga del CRG se muestra convencida de que estas investigaciones “permitirán avances conceptuales que al final se traducirán en un beneficio para los ciudadanos”, pero piensa que es muy importante moderar el mensaje para evitar “confusión y frustración entre la gente”.

Algún anuncio en 2013

Aunque estos proyectos, como es el europeo, trabajan a años vista, la revista Science ya ha anunciado que para este 2013 se podría hacer público algún avance notable en el campo del conectoma. Habrá que esperar para ver qué nos va a ir deparando la ciencia en este terreno, pero todo parece indicar que serán progresos que podrían cambiar los esquemas actuales de la neurociencia.

El conectoma, el genoma humano del cerebro.

El atlas más fino del cerebro

Un equipo internacional reconstruye la mente de una mujer en 3D en una resolución casi celular

El ‘BigBrain’ abre una vía para entender las bases neurobiológicas de la cognición, el lenguaje y las emociones, investigar enfermedades y desarrollar fármacos

Procesamiento de las capas del cerebro. / AMUNTS, ZILLES, EVAN ET AL (SCIENCE)

El sueño de un neurocientífico es llegar a conocer el cerebro humano con la misma precisión que el sistema nervioso del gusano Caenorhabditis elegans, cuyas 100 neuronas exactas con todas sus conexiones sinápticas son desde hace años un libro abierto para la ciencia. Y hoy se acercan más que nunca a ese ideal con BigBrain, una reconstrucción digital del cerebro humano completo en 3D y ultra-alta resolución que deja muy atrás a cualquier iniciativa anterior de este estilo. BigBrain es la herramienta esencial que necesitan los laboratorios neurológicos de todo el mundo para elucidar la forma y la función de nuestro cerebro. Y estará disponible públicamente a coste cero.

Hasta ahora existen otros atlas del cerebro, pero solo llegan al nivel macroscópico, o visible. Su resolución solo llega al nivel de un milímetro cúbico, y en ese volumen de cerebro caben fácilmente unas 1.000 neuronas. El nuevo BigBrain baja el foco hasta un nivel “casi celular”, según los científicos que lo han creado. Eso quiere decir que llega a discriminar cada pequeño circuito de neuronas que está detrás de nuestra actividad mental, y que puede abarcar toda la información disponible sobre el cerebro, desde los genes y los receptores de neurotransmisores hasta la cognición y el comportamiento.

Los investigadores han tomado 7.400 muestras de una paciente

El cerebro de referencia se basa en el de una mujer fallecida a los 65 años, que ha sido fileteado en 7.400 secciones histológicas de solo 20 micras (el espesor de un cabello, y cerca de la dimensión de una célula). El BigBrain, según sus creadores, abre el camino para entender las bases neurobiológicas de la cognición, el lenguaje y las emociones, y también para investigar las enfermedades neurológicas y desarrollar fármacos contra ellas. El modelo se presenta en Science y estará disponible para usuarios registrados en http://bigbrain.cbrain.mcgill.ca.

El trabajo ha sido coordinado por Katrin Amunts, del Instituto de Neurociencia y Medicina de Jülich, en Alemania; y Alan Evans del Instituto Neurológico de la Universidad McGill en Montreal, Canadá. Ambos explicaron su investigación en una teleconferencia para la prensa junto al editor de Science, Peter Stern.

Tal vez la línea celular humana más utilizada por los laboratorios de todo el mundo durante el último medio siglo sea la línea HeLa; el cultivo proviene de un tumor de útero que le fue extirpado en 1951 a una paciente llamada Henrietta Lacks (de ahí el nombre de la línea) que, pese a haber muerto unos meses después de la operación, consiguió así una singular forma de inmortalidad.

La voluntaria carecía de historial neurológico o psiquiátrico

No es extraño que los periodistas mostraran ayer un especial interés en la mujer de 65 años que ha visto inmortalizado su cerebro como un modelo digital que pervivirá durante siglos o milenios. Quién sabe si la neurociencia del futuro será capaz de reconstruir a partir de BigBrain los pensamientos y deseos más ocultos de esa mujer, los recovecos de sus emociones y las ambigüedades de su moralidad. Eso es desnudarse para la posteridad, ríanse ustedes de una autobiografía.

La insistencia de los medios, sin embargo, se topó con el compromiso insobornable de los científicos de preservar la intimidad de la mujer fallecida. Ni Amunts, ni Evans ni su colega Karl Zilles, ni por supuesto el editor de Science que había organizado la comparecencia, quisieron dar noticia sobre la vida que, de algún modo, han registrado para la posteridad. Amunts se limitó a decir que “carecía de un historial neurológico o psiquiátrico”, y que en ese sentido “es lo que llamaríamos un cerebro normal”. Este hecho, al menos, nos aparta del mito de Frankenstein por una vez.

“Los autores han ampliado los límites de la tecnología actual”, dijo Stern, que ve la investigación, en cierto modo, como la consecuencia natural del trabajo de los neuroanatomistas clásicos, con Cajal a la cabeza, que sentaron hace un siglo las bases de la descripción estructural del cerebro humano. La mayor parte de la gente, incluidos los estudiantes de medicina, tiende a ver la anatomía como un tostón fastidioso si bien ineludible para aprobar el curso.

Los ordenadores necesitaron 1.000 horas para completar el puzle

Pero si la biología nos ha enseñado una lección es que la forma explica la función, que entender el funcionamiento de un sistema biológico empieza siempre por ver su estructura. Recuerden la genética: la mera, simple y desnuda forma de la doble hélice del ADN, donde las letras de una hilera se complementan con las de la otra, explica por sí sola que los seres vivos puedan sacar copias de sí mismos. También la forma de las proteínas, con sus hélices y sus hojas y sus caprichosos plegamientos, suele explicar lo que hace cada una de ellas, desde quemar el azúcar que comemos hasta activar las neuronas que nos hacen pensar.

Stern, como muchos otros científicos, está convencido de que esa ley no formulada de la biología tiene jurisdicción también sobre el cerebro, sobre los mecanismos de nuestra vida mental. Somos formas. “Este trabajo puede verse como una culminación de la anatomía”, dijo el editor de Science. “Sin un profundo conocimiento de la estructura del cerebro nunca entenderemos el resto de la neurobiología”.

Evans también proclamó: “La gran ciencia ha llegado al cerebro”. El eslogan es una referencia velada a los proyectos genoma y los aceleradores de partículas, que ya implican cifras de seis dígitos, programación a medio plazo y unos equipos científicos cuyas firmas rara vez caben en la página de la revista científica donde se publican. Pese a que hay cientos de laboratorios en el mundo investigando en neurobiología, el cerebro no contaba hasta ahora con una gran planificación de este tipo, como las que se usan para secuenciar el genoma humano o encontrar el bosón de Higgs. La gran ciencia ha llegado al cerebro.

El resultado va a ser de acceso público para otros investigadores

Pese a la indudable profundidad de las cuestiones implicadas, los grandes logros del trabajo han sido de tipo técnico. “El proyecto ha sido un tour de force para ensamblar las imágenes de más de 7.400 secciones histológicas individuales”, explica Evans, “cada una con sus propias distorsiones, rasgaduras y desgarrones, en un todo coherente, un volumen en tres dimensiones. BigBrain permite por primera vez una exploración en 3D de la anatomía citoarquitectónica humana”. El prefijo cito significa célula, y en boca de Evans quiere enfatizar la gran resolución de su modelo, cercana al nivel celular: muy cerca del sueño del gusano Caenorhabditis elegans.

Los científicos tomaron el cerebro de la mujer muerta a los 65 años y lo encastraron en cera de parafina, un paso previo usual antes de una disección fina. Y esta fue finísima: las lonchas solo tenían 20 micras (milésimas de milímetro) de espesor. Ni siquiera un científico alemán tiene el pulso tan firme como para hacer eso, y los investigadores usaron una máquina especial para ese propósito, un microtomo gigantesco.

Las finísimas lonchas del cerebro de la mujer se montaron en portaobjetos y se trataron con sustancias que tiñen las estructuras celulares más importantes, muy a la Cajal o a la Golgi, si se mira bien. Lo que jamás podrían haber soñado esos grandes neurólogos del pasado es el prodigioso poder de computación, y la sofisticación de las matemáticas asociadas, al que tiene acceso la ciencia actual. Con todo, recolectar los datos llevó cerca de 1.000 horas, y los robots todavía no lo pueden hacer todo.

BigBrain, el gran mapa en 3D y resolución “casi celular” que ya forma parte del dominio público, es un gran paso hacia el entendimiento profundo del cerebro y la mente. Su objetivo no es otro que comprender los fundamentos neurobiológicos del aprendizaje y la adquisición de conocimiento, del lenguaje y las emociones, de la torpeza y de la creatividad humana. Es público y gratis, y de momento no sirve para espiar a nadie.

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En el cerebro nacen cada día muchas más neuronas de las que se pensaba

Las pruebas nucleares de los años 60 han permitido determinarlo gracias al carbono-14, según publica «Cell»

CELL, SPALDING ET AL.
El característico hongo de las pruebas nucleares adopta en esta ocasión una forma semejante a un cerebro, sobre el que se resalta una estructura que semeja el hipocampo humano

Hace cincuenta años, tras la crisis de los misiles en Cuba en octubre de 1962, se acordó limitar las pruebas nucleares. La preocupación en la opinión pública por la escalada del armamento y los ensayos nucleares, obligaron a los gobiernos de Estados Unidos, Reino Unido y la Unión Soviética a firmar al año siguiente el Tratado de Prohibición Parcial de Pruebas Nucleares, aunque Francia y China continuaron realizándolas. Éste prohibía los ensayos en la atmósfera, bajo el agua y en el espacio, permitiendo sólo los subterráneos.

Como consecuencia de estas detonaciones, los niveles de carbono—14, una forma no radiactiva de ese elemento, crecieron en la atmósferapara descender posteriormente a partir de 1963, a niveles cercanos a los habituales. Con los alimentos, el organismo absorbe grandes cantidades de carbono contenido en los vegetales y animales y es utilizado posteriormente a medida que nacen nuevas células de las que pasa a formar parte.

Un grupo de investigadores del Instituto Karolinska de Estocolmo (Suecia), en el que participa Jonas Frisén, ha podido comprobar quelas mismas concentraciones de este carbono pesado encontradas por aquellos años en el aire, se reflejan en las largas cadenas del ADN de las células del cerebro y gracias a ello han podido arrojar luz sobre un tema pendiente en neurociencia, el del nacimiento de nuevas neuronas en el cerebro adulto. El estudio se ha publicado en el último número de la revista Cell.

Arqueología cerebral

De este modo, las neuronas nacidas en los años cuarenta y cincuentahan sido datadas de igual modo que los arqueólogos fechan sus hallazgos. Midiendo la concentración en el hipocampo —la región cerebral asociada a los procesos del aprendizaje y la memoria—, de muestras de tejido procedente de personas fallecidas, los investigadores han encontrado que más de una tercera parte de estas células son renovadas a lo largo de la vida. Se ha estimado que alrededor de 1.400 neuronas nuevas se incorporan cada día durante la edad adulta en el hipocampo, un ritmo que apenas decrece con la edad.

«Durante mucho tiempo se pensó que el hombre nacía con un número determinado de neuronas y que no se formaba ninguna nueva después del nacimiento», explica Frisén. Experimentos llevado a cabo hace 15 años con bromodeoxiuridina, una sustancia química que ya no se utiliza para estudios con personas, dejaron claro que sí había neurogénesis en el cerebro adulto, como habían sugerido trabajos previos, pero no zanjaron la polémica existente en este controvertido tema entre la comunidad neurocientífica.

Ésta «es la primera evidencia de que hay una sustancial neurogénesis en humanos a lo largo de su vida adulta, lo cual apunta a que esas nuevas neuronas contribuyen al funcionamiento del cerebro», destaca Frisén.

«Aún a falta de analizar en profundidad las ventajas o desventajas de su modelización matemática, y sobre las que habrá que tener la debida cautela, los hallazgos de Spalding y colaboradores demuestran queexiste en el hipocampo humano adulto una tasa de neurogénesis muy superior a la sospechada hasta ahora, que es similar en cantidad en hombres y mujeres, y que estas nuevas neuronas tienen en el ser humano una vida media de alrededor de 7 años, la mitad de la de las neuronas que nacieron durante el desarrollo cerebral. Pero lo más importante de todo es que la tasa de neurogénesis adulta declina durante la vida del individuo mucho más despacio que en roedores. Así, mientras que en los ratones de laboratorio la tasa de neurogénesis decae a la décima parte del nivel de la neurogénesis inicial a los 9 meses de vida del roedor, que suele vivir una media de dos años, en el ser humano esta tasa sólo decae al 25 % en toda la vida, como se ha visto ya que se examinaron cerebros de sujetos de hasta 92 años», explica José Luis Trejo, responsable del grupo de Neurogénesis Adulta del Instituto Cajal-CSIC.

¿Para qué sirven las nuevas neuronas?

Debido a que el proceso es similar en los roedores, la neurogénesis en humanos podría jugar el mismo papel que en aquellos, donde se ha demostrado que las neuronas recién incorporadas influyen en los procesos cognitivos y los desórdenes mentales. «Desde hace tiempo se sospecha que la depresión está relacionada con una menor neurogénesis en el hipocampo. Nuestros hallazgos podrían abrir el camino para desarrollar antidepresivos más efectivos una vez se comprenda a fondo todo el proceso», apunta Frisén.

Uno de los interrogantes que hoy persisten es la función que realizan las neuronas nuevas en el cerebro. Según explica José Luis Trejo, en los últimos 25 años se ha acumulado evidencia de que las neuronas inmaduras nacidas en el cerebro adulto cumplen una función importante para los circuitos neurales relacionada con el aprendizaje, memoria y respuesta a un medio ambiente en constante cambio. Incluso un reciente estudio publicado el mes pasado en Science, apunta que una parte importante de las diferencias en la personalidad podría deberse a estas nuevas neuronas.

«Aquellos científicos reticentes a considerar relevante la neurogénesis humana adulta siguen teniendo razón en una sola cosa: los modelos matemáticos utilizados hasta la fecha no han sabido descubrir aún para qué sirven, en última instancia, estas nuevas neuronas en el hombre, pero a partir de este estudio, no podremos volver a decir que la neurogénesis adulta en humanos es una reminiscencia filogénica», opina Trejo.

Y es que, explica el investigador del Cajal, en la escala filogenética, a medida que se asciende en las escala evolutiva, cada etapa tiene menos neurogénesis, lo que dio pie a que, en la década de los ochenta, muchos científicos de prestigio, ante las enormes evidencias de que existía neurogénesis en el cerebro adulto de los mamíferos, cuestionaran si esas nuevas neuronas servían para algo.

En el cerebro nacen cada día muchas más neuronas de las que se pensaba – ABC.es.

National Geographic explora el cerebro humano

‘Brain Games’ se ha estrenado en EE UU con 15 millones de espectadores

La serie llegará a España el próximo otoño

National Geographic Channel se adentra en el tema en el cerebro humano, del que se cree que solo se utiliza el 3% de su capacidad, en la serie Brain Games, uno de sus títulos de cabecera que, en Estados Unidos, ha alcanzado en su estreno la cifra récord de los 15 millones de espectadores. El presentador de origen venezolano Jason Silva es el encargado de invitar a los espectadores a poner a prueba su cerebro en esta serie, que llegará a España el próximo otoño, según ha anunciado la cadena en un comunicado.

“El estreno de “Brain Games” y estos especiales investigan cómo trabajan realmente nuestros cerebros y nuestros cuerpos, y todo se demuestra usando experimentos mentales y trucos interactivos para engañar al ojo humano y desconcertar a nuestros sentidos. Estos programas contarán con revelaciones extraordinarias, humor y también muchísima ciencia”, afirma Hamish Mykura, vicepresidente ejecutivo y responsable internacional de contenidos de NGCI

El canal prepara para la próxima temporada tres producciones especiales que abordarán el tema del cerebro desde distintos puntos de vista y que se emitirán junto al estreno de Brain games: Ape manresaltará todo lo que compartimos con nuestros “primos” los primates; Blow your mind demostrará hasta que punto nos gobierna el inconsciente y “CardShark” ejercitará los mecanismos de la memoria a través de un juego de cartas.

National Geographic explora el cerebro humano | Cultura | EL PAÍS.

La mosca del vinagre contra las enfermedades neurodegenerativas

Una estrategia genética basada en la ‘Drosophila Melanogaster’ define dianas terapéuticas prometedoras

Los ojos de la Drosophila se han utilizado en esta investigación. / KAGE-MIKROFOTOGRAFIE (CORBIS)

Las enfermedades neurodegenerativas –el Huntington, el alzhéimer, el párkinson o la ataxia espinocerebelar— se caracterizan por la acumulación de proteínas tóxicas en las neuronas. Los científicos del Baylor College of Medicine en Houston, Tejas, han utilizado ahora una ingeniosa estrategia genética para identificar (primero en la mosca Drosophila, después en ratones y células humanas) los componentes que causan esa acumulación, y han comprobado que actuar con pequeñas moléculas contra ellos revierte la neurodegeneración en modelos animales de ataxia espinocerebelar.

El envejecimiento de la población en los países desarrollados está convirtiendo las enfermedades neurodegenerativas en una de las cuestiones más acuciantes para los gestores de la salud pública, y esta tendencia solo puede acentuarse con el tiempo y extenderse por las economías emergentes.

En los últimos años los científicos han identificado un buen número de genes implicados en las principales enfermedades neurológicas, incluidas las neurodegenerativas que suelen aparecer en la segunda mitad de la vida. Algunos de estos genes, en su forma mutante o alterada, fabrican cantidades excesivas –o unas versiones excesivamente resistentes— de las proteínas que se acumulan en las neuronas enfermas: huntingtina en caso del Huntington; synucleína alfa en el caso del párkinson, y otras llamadas tau y precursor del amiloide, ambas implicadas en el alzhéimer.

Pese a que estas dolencias cursan con síntomas muy distintos y se asocian a factores genéticos diversos, todas comparten un mismo mecanismo patogénico: la acumulación anormal de esas proteínas tóxicas en las neuronas del paciente.

Los científicos del Baylor College han diseñado de arriba a abajo una estrategia para encontrar lo que ellos llaman “puntos de entrada terapéuticos” contra estas enfermedades neurodegenerativas. Han utilizado la poderosa genética de la mosca Drosophila melanogasterpara rastrear el genoma en busca de cualquier otro sistema biológico que afecte al grado de acumulación de esas proteínas tóxicas. Y han trabajado en paralelo con ratones y células humanas, cuyos sistemas no son, naturalmente, idénticos a los de la mosca, pero sí lo bastante como para avanzar mucho más rápido que si hubiera que empezar desde cero con ellos.

Uno de los autores del trabajo, y uno de los pioneros en la aplicación de la mosca al estudio de la neurodegeneración humana, es Juan Botas, formado en Madrid como genetista de Drosophila e investigador, desde hace 20 años, del departamento de genética humana y molecular del Baylor College of Medicine. Botas explica a EL PAÍS desde Tokio la razón que movió al equipo de Houston a elegir la ataxia espinocerebelar (SCA1 en sus siglas técnicas) como caso de estudio, en lugar de alguna de las otras dolencias más comunes.

“SCA1 es una enfermedad neurodegenerativa de incidencia relativamente baja si la comparamos con el alzhéimer o el párkinson”, explica el científico español. “Por ello no recibe tanta atención investigadora como estas otras, y particularmente nada del sector privado, pero es igualmente terrible y, al igual que las otras, tampoco tiene tratamiento; pese a ello hemos aprendido de SCA1 conceptos generalizables a otras enfermedades neurodegenerativas; y naturalmente SCA1 lo es todo para los pacientes y sus familias, que están muy desamparados”.

El descubrimiento concreto que ha merecido hoy el artículo principal de la revista Nature puede sonar algo abstruso al lector general. “Nuestro trabajo”, explica Botas, “descubre dianas terapéuticas de la vía Ras-MSK1, e incluso disponemos de inhibidores conocidos para algunas de ellas”. Esa vía Ras-MSK1 es uno de los muchos, complejos e intrincados sistemas que nuestras células –neuronas y todas las demás— utilizan para comunicarse con el entorno fisiológico y las células vecinas. Y esos inhibidores son los que han logrado revertir la neurodegeneración en los modelos animales de SCA1 que han usado los investigadores.

“Pienso que lo importante”, prosigue Botas, “es que la estrategia –buscar modificadores que disminuyan los niveles de la proteína tóxica que desencadena la enfermedad— es aplicable a muchas otras enfermedades neurodegenerativas incluyendo el alzhéimer, el párkinson y el Huntington; y que podemos hacer esto utilizando el mismo abordaje de rastreos paralelos en Drosophila y células humanas, con lo que ganamos confianza y disminuimos los inconvenientes que pueda tener un sistema o el otro por separado”.

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Identifican la zona de cerebro implicada en el reconocimiento de los números

Reconoce formas geométricas y se ha “reciclado” para procesar adquisiciones recientes como el cálculo o la escritura

RAFAEL CARMONA

Científicos de la Universidad de Stanford han localizado un grupo de células nerviosas especializadas en el reconocimiento de los números. Comparada con nuestra evolución, y la de nuestro cerebro,el uso de números es un “invento” muy reciente al que nuestras neuronas se han tenido que adaptar, como demuestra también este estudio publicado en el último número del “Journal of Neuroscience”.

Con su equipo de Stanford, Josef Parvizi, profesor asociado de Neurología y director del Programa de Electrofisiología Cognitiva Intracraneal Humana, ha demostrado por primera vez la existencia de un grupo de neuronas en el cerebro humano que se especializa en el procesamiento de números. “En esta pequeña población de células nerviosas hemos visto una respuesta mucho más grande a los números que a símbolos muy similares, a las palabras que suenan parecidas [one –1, en inglés- y won –ganado-] y otras con significados similares».

Este hallazgo, aseguran los autores, abre la puerta a más descubrimientos que permitan determinar en el cerebro cómo se procesa la información centrada en las matemáticas. También podría tener repercusiones clínicas en pacientes con dislexia para los números o con discalculia (incapacidad para procesar información numérica). El grupo que el equipo de Parvizi ha identificado consta de alrededor de 1 o 2 millones de células nerviosas localizadas en el giro temporal inferior. Esta región de la corteza situada a ambos lados del cerebro, en la parte inferior, está implicada en el procesamiento de la información visual. En concreto, procesa información procedente de la corteza visual y se encarga de reconocer las formas geométricas y objetos. También está implicada en la memoria a largo plazo de estas formas.

Efecto de la cultura en el cerebro

Aunque nos parezca que los números son una parte esencial de nuestra vida, y más en esta época de crisis, en la que nos traen especialmente de cabeza, para nuestro cerebro esos guarismos que representan cantidades son algo relativamente moderno para el que no estaba preparado y que han tenido que aprender a reconocer. De hecho ningún bebé nace con esta capacidad. Ocurre igual con la lectura, la escritura o la música.

La solución para adaptarse a esas nuevas formas impuestas por la cultura, procesarlas y reconocerlas ha sido recurrir a una especie de “reciclado neuronal” en el que algunas neuronas han aprendido a identificar los símbolos asociados a los números y darles significado. Estas neuronas ya tenían una función mucho más primitiva, como la de reconocer curvas o líneas entrecruzadas frecuentes en la naturaleza (ramas de árboles, bordes, etc) que también forman parte de los números y las letras.

Gracias a esa enorme plasticidad del cerebro, la parte de la corteza cerebral encargada de reconocer esas formas geométricas podido adaptarse a los «tiempos modernos” marcados por la cultura y las ha asociado a códigos culturales arbitrarios elegidos para representar letras o números, como resalta Parvizi: “Es una demostración espectacular de la capacidad de nuestros circuitos cerebrales para cambiar en respuesta a la educación. Nadie nace con la capacidad innata para reconocer los números».

Una mirada nueva

El estudio que se publica hoy en el “Journal of Neuroscience” se basa en otro anterior en el que se había pedido a un grupo de voluntarios que respondieran a preguntas matemáticas. “Habíamos acumulado muchos datos de ese estudio sobre qué partes del cerebro se activan cuando una persona se centra en resolver problemas aritméticos, pero eran en su mayoría referentes a otros lugares y no se había prestado mucha atención a esta área del giro temporal inferior,» explica Parvizi, autor principal del estudio.

Hubo que esperar a la mirada libre de prejuicios y con menos conocimientos de una estudiante de cuarto curso de Medicina, Jennifer Shum, que se dio cuenta de algo que parecía evidente pero que curiosamente había pasado desapercibido a los investigadores más experimentados: En muchos de los participantes se activaba la misma zona del giro temporal inferior cuando resolvían ejercicios de matemáticas. Shum se encargó de verificar más a fondo que esa observación se mantenía entre los distintos participantes en el estudio y como su observación resultó ser certera, ahora es la primera firmante del artículo publicado en el “Journal of Neuroscience”.

Para corroborar el hallazgo, se diseñó un nuevo estudio en el que participaron voluntarios que padecían epilepsia y que estaban hospitalizados mientras les realizaban pruebas para someterse a una cirugía, ya que no habían mejorado con la medicación.

Pacientes con epilepsia

Estos pacientes tenían una pequeña abertura en el cráneo que permite aplicar electrodos en el cerebro (que afortunadamente no tiene terminaciones nerviosas para el dolor) y localizar de forma muy precisa el foco de sus ataques epilépticos antes de someterse a la intervención quirúrgica. Durante una semana aproximadamente, estos pacientes estan en observación en el hospital, por lo que tienen “bastante tiempo libre”.

Siete de esos pacientes tenían los electrodos colocados precisamente en el giro temporal inferior, y el equipo de Parvizi y Shum les propuso participar en el nuevo estudio de confirmación. Sólo tenían que ver imágenes proyectadas durante un corto espacio de tiempo en la pantalla de un ordenador, mientras se registraba la actividad cerebral mediante los electrodos que ya tenían en su cerebro. Cada electrodo recoge la actividad de un área correspondiente a medio millón de neuronas. Aunque puedan parecer muchas, no son apenas nada comparadas con los cien mil millones que tenemos en el cerebro.

Lo que veían en la pantalla del portátil eran números (1, 2, 5….) y líneas onduladas, letras, las palabras que representan a los números (uno, dos, tres) y otros símbolos que representaban caracteres numéricos en otros idiomas (tailandés o tibetano), que era muy improbable que supieran reconocer.

A los participantes les sometieron a dos pruebas para ponérselo difícil, en la primera les presentaban letras o números aislados, pero también caracteres falsos, que tenían la forma de los números, pero en los que se había cambiado alguno de sus trazos, manteniendo la estructuras de curvas y ángulos, junto con números en los alfabetos desconocidos.

En la segunda prueba, que era un control de significado y sonido, se incluían números y el sonido de la palabra que los representa, por ejemplo 1 y one, además de palabras con sonidos similares pero distinta escritura (won). Con esto garantizaban que efectivamente estaban registrando la actividad cerebral en respuesta exclusivamente a los números.

A pesar de las diferencias interindividuales en los cerebros de los participantes, los investigadores observaron en casi todos una respuesta significativamente mayor a los números que a los estímulos de forma similar, como letras o mezcla de letras y números, o palabras que significan lo mismo que los números o sonaba como ellos.

Huellas de la evolución en el cerebro

Curiosamente, explica Parvizi, ese grupo de células nerviosas que responden al procesamiento numérico está localizado dentro de otro grupo de neuronas que se activa por símbolos visuales que tienen líneas con ángulos y curvas. «Estas poblaciones neuronales mostraron una preferencia por los números en comparación con las palabras que los representan o sonido similares a los de los números», explica. «Pero en muchos casos, estos sitios respondieron con mucha intensidad a la mezcla de números y letras. Y dentro de este grupo más grande de neuronas genéricas, el ‘área visual numérica‘ ahora localizada prefería los números reales a las fuentes falsas y a las palabras con el mismo significado o similar sonido”. Lo que confirma la teoría del reciclado neuronal para procesar adquisiciones culturales “tardías” propuesta por autores como el matemático y neurocientífico Stanislas Dehaene.

Gracias a esa plasticidad de nuestro cerebro para adaptarse a funciones nuevas, el lector puede leer este artículo, reconocer los números que va a poner en su próximo boleto del euromillón (para ver si los números dejan de traerle de cabeza) o disfrutar de la música después de una dura jornada de trabajo.

Identifican la zona de cerebro implicada en el reconocimiento de los números – ABC.es.

El cerebro como una red | Blog Scitable

El cerebro es un sistema enormemente complicado de células interconectadas. Para dar una estimación aproximada, Johnson y Wu sugieren que el cerebro humano tiene 10¹² neuronas con 10¹⁵ sinapsis¹ . Para envolver su cabeza con una magnitud de 10¹⁵ sinapsis, considere que es aproximadamente 222 veces mayor que la distancia entre la Tierra y Plutón en metros² . ¿Cómo se puede empezar a entender esta locura comprimida en una bola tres libras de carne? No tengo ni idea, y no confío en nadie que diga que lo sabe. Sin embargo, hay algunos enfoques inteligentes que pueden llevarnos lejos sobre este problema.

A nivel de los sistemas, el cerebro distribuye computación a través de múltiples regiones. Una buena analogía es una red peer-to-peer que distribuye cálculos numéricos en varios equipos, donde cada equipo está especializado en realizar algún aspecto concreto de la computación. Podemos resumir esto simplemente llamando a los ordenadores «nodos» (nodes) (que pueden representar cualquier cosa, por ejemplo, las regiones del cerebro) y los «bordes» (edges) serían las conexiones y voilà!: ha alcanzado usted el punto de entrada de la teoría de redes, que es un enfoque cuantitativo y visual para entender cómo los nodos se relacionan entre sí y cómo funcionan las redes en su conjunto.

Figura: Graficos de la Red, (Izquierda) gráfico cíclico no dirigido, (derecha) del gráfico no dirigido acíclico visto como un árbol. Generado usando NetworkX , un paquete de Python desarrollado por el Laboratorio Nacional de Los Alamos. Nótese cómo en este caso particular, no hay flechas; estos gráficos no representan la relación efectiva (causal) entre los nodos. Este gráfico se puede llamar un gráfico de «conectividad estructural «.

Olaf Sporns es profesor de Ciencias Psicológicas y del Cerebro de la Universidad de Indiana, quien escribió un libro titulado Redes del cerebro , donde se describe el caso de uso de la teoría de redes para entender mejor el funcionamiento de este órgano.

¿Por qué debemos tomar ventaja de los enfoques modernos de la red para estudiar el cerebro? En primer lugar, debido a que estos métodos pueden proporcionar conocimientos fundamentales en el medio por el cual los elementos simples se organizan en patrones dinámicos, por lo que en gran medida se suma a los conocimientos que se pueden obtener mediante la consideración de los elementos individuales de forma aislada. Prácticamente todos los sistemas complejos forman redes de componentes que interactúan. […] El cerebro es un sistema complejo por excelencia donde los componentes complejos crean continuamente patrones complejos. Las acciones colectivas de las células nerviosas individuales unidas por una densa red intrincada de conectividad guía el comportamiento, la forma, los pensamientos, la forma y cómo se recuperan los recuerdos, y crean conciencia. Una sola la célula nerviosa no puede llevar a cabo ninguna de estas funciones, pero cuando un gran número están unidos entre sí en las redes y se organizan en un nervioso sistema , el comportamiento, el pensamiento, la memoria y la conciencia son posibles. La comprensión de estas funciones integradoras del cerebro requiere una comprensión de las redes cerebrales y de patrones dinámicos complejos e irreductibles que crean.

El estudio del cerebro como una red es un avance sobre la visión antigua de la función cerebral como una serie de partes modulares. Esta dimensión añadida proporciona una visión adicional para el análisis de la disfunción neurológica. En el siglo XiX el neurocirujano de Harward Henery Jacob Bigelow observó cuidadosamente a Phineas Gage, el famoso paciente que perdió parte de su lóbulo frontal cuando una explosión embistió un pico de ferrocarril a través de su cráneo. Bigelow escribe la post-recuperación de Phineas:

Es irregular, irreverente, dando rienda suelta a veces en la más burda blasfemia (que antes no estaba en su costumbre), que manifiesta muy poco respeto por sus compañeros, intolerante al dominio o consejo cuando entra en conflicto con sus deseos, a veces pertinazmente obstinados, pero caprichoso y vacilante, la elaboración de muchos planes de operaciones futuras, que son abandonados a su vez por otros que parecen más factibles.⁴

¿Hay que concluir que la región a través del cual la barra metálica penetró era la única responsable de lo que hace a una persona educada y disciplinada? Tal punto de vista diría que la región es necesaria y suficiente para producir la computación que subyace esta clase específica de pensamiento y comportamiento. Sin embargo, el cerebro está muy interconectado y la plasticidad se produce después del daño. Por otra parte, la región tendría que obtener información de los ojos y los oídos para saber cómo calcular una respuesta adecuada, y la información que viajaría a través de una cascada de capas donde la información se procesa y se abstrae. ¿En qué momento la representación abstracta de la información se convierte en necesaria y suficiente para calcular una respuesta adecuada? Para responder a esta pregunta, no se puede estudiar el proceso como una serie de regiones con actividad fluctuante, sino más bien uno debe estudiar el sistema como una red dinámica que procesa la información de una manera altamente paralela y distribuida. El Profesor Sporns escribe:

Curiosamente, la ciencia tiene que ver con la estructura, el comportamiento y evolución de los sistemas complejos, tales como las células, el cerebro, los ecosistemas, las sociedades, o la economía global. Para entender estos sistemas, se requiere no sólo el conocimiento de los componentes del sistema elementales sino también el conocimiento de las formas en las que estos componentes interactúan y las propiedades emergentes de sus interacciones. […] En todos los casos, el análisis cuantitativo de la conectividad requiere técnicas matemáticas y estadísticas sofisticadas.³

Método gráfico de la red general: (I a D) (1) Adquirir difusión de la imagen de resonancia magnética ponderada, (2) segmento de la resonancia magnética en regiones anatómicas marcadas, (3) calcular la magnitud del flujo de cada región a cada región en una matriz de conectividad, (4) Media esta matriz a través de las personas, (5) la trama de la x, y, z de la ubicación del centro de cada región, el número de conexiones que el tamaño de los ganglios (diámetro de la esfera roja), y la fuerza de cada conexión como el grosor de la línea. De Heuvel y Sporns (2011) 5

Entonces, ¿cómo hace uno para conseguir un gráfico de la red del cerebro? Mientras que el simple gráfico anterior desmiente la cantidad prodigiosa de física y neurociencia que hay detrás de su construcción, la idea básica es medir las moléculas de agua a medida que rebotan de un lado a otro y encontrar la dirección a la que tienden a fluir con mayor frecuencia (la anisotropía fraccional). El mayor número de moléculas de agua que fluyen a lo largo de un tramo y la dirección más coherente, se dice que es el «fuerte» de las vías. Con los datos funcionales, se puede calcular la conectividad funcional entre cada región (el grado con que se comunican dos áreas). Si se inntegran estimaciones causales, tales como causalidades Granger, el modelo comienza a explorar la dirección a través de la cual fluye la información. SiFT, escrito por mi amigo y compañero entusiasta de la red, Tim Mullen, es un gran conjunto de herramientas para explorar las relaciones causales dinámicas.

Esperemos que este breve resumen no ha sido demasiado vago o engañoso – este enfoque ciertamente no explica cómo funciona el cerebro-. Pero la aplicación de la teoría de redes para la neurociencia es un gran ejemplo de cómo la convergencia de disciplinas científicas da como resultado una comprensión más profunda de los fenómenos complejos. Recomiendo coger una copia de redes del cerebro, de Sporns Olaf, no sólo para admirar todas las hermosas fotos, sinno para disfrutar realmente de la complejidad de todo esto y preguntarse simplemente cómo diablos vamos a dar sentido a esta compleja máquina?

Referencias:

1. Johnston, D. (1995). Fundamentos de la neurofisiología celular. MIT Press.

2. Wolfram Alpha: http://www.wolframalpha.com/input/?i=distance+from+Earth+to+Pluto

3. Sporns, O. (2010). Redes del cerebro. MIT Press.

4. Harlow JM (1868). La recuperación de la aprobación de una barra de hierro en la cabeza. Pública de Massachusetts Medical Society 2, 327-347.

5. Heuvel, MP & Sporns, O. (2011). Organización Rich-club del connectome humano. The Journal of Neuroscience, 31 (44), 15775-15786.

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Un GPS en el cerebro | EL PAÍS

La navegación por el espacio se basa en la activación secuencial de neuronas del hipocampo

Nuestra posición en el espacio (en el salón de casa, por ejemplo, o en una pista de tenis) está representada en una especie de mapa interioren el hipocampo cerebral, formado por grupos de neuronas llamadascélulas de lugar. Los neurocientíficos Brad Pfeiffer y David Foster, de la facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, en Baltimore, revelan ahora usando ratas de laboratorio que el plan de seguir cierto trayecto (del baño a la cocina, digamos, o de casa al trabajo) consiste en la activación secuencial de las células de lugar que representan el trayecto en ese mapa interior. Como las notas de una melodía, solo que en el espacio.

El hipocampo es una estructura situada en el centro del cerebro, y debe el nombre a su vago parecido con un caballito de mar (hipocampo en latín). Tiene un papel esencial en la formación de memorias, y también en su recolección de la base de datos, aunque por mecanismos que todavía no se comprenden en profundidad. Pfeiffer y Foster presentan su trabajo en el artículo principal de la revista Nature.

La teoría de que el cerebro de los mamíferos contiene un mapa interior que representa la posición del individuo en el espacio es cualquier cosa menos nueva: fue propuesta en los años cuarenta por el psicólogo Edgard Tolman, de la Universidad de California en Berkeley. Tampoco es nueva la hipótesis de que ese mapa está relacionado con el hipocampo cerebral, que ya fue avanzada en los años setenta.

Pero el trabajo de los dos neurocientíficos de Baltimore va mucho más allá de esas intuiciones pioneras. Su diseño experimental, usando ratas como un sistema modelo del hipocampo humano, les ha permitido por primera vez registrar la actividad de 250 células de lugarsimultáneamente y de forma continua –con una resolución temporal cercana a los 20 milisegundos— mientras la rata está resolviendo problemas equiparables a los de un taxista, como decidir la mejor forma de volver a casa tras haber estado explorando su laberíntico entorno en busca de comida.

Las ratas y los humanos usamos el mismo tipo de navegador para esto, pero las técnicas para obtener imágenes del cerebro humano en funcionamiento, como la resonancia magnética, están muy lejos de la precisión requerida para un estudio de esta clase. Solo la implantación de paneles de electrodos puede recabar toda esa información de las neuronas individuales que están haciendo el trabajo en ese momento.

Los investigadores han podido averiguar así que, justo cuando la rata está decidiendo qué camino tomar para volver a casa, las neuronas de lugar del hipocampo se disparan en una secuencia que representa los puntos sucesivos de la trayectoria que después –en efecto— seguirá.

No se trata de una trayectoria recordada, porque lo anterior es verdad incluso cuando el animal no ha tomado nunca ese camino. Se trata de una verdadera hoja de ruta, análoga a la que el GPS del coche ofrece al conductor atribulado: vaya hasta aquella glorieta, luego tome hacia la izquierda y demás. Una verdadera simulación mental de lo que ocurrirá después.

El hipocampo no está solo implicado en los mapas espaciales, sino también en otros tipos de memoria. ¿Es posible, entonces, que las secuencias de activación neuronal que han descubierto Pfeiffer y Foster funcionen también cuando recordamos una melodía o pronunciamos una frase?

“Es muy posible”, responde Foster a EL PAÍS. “Otros investigadores como Howard Eichenbaum, de la Universidad de Boston, han mostrado que las células de lugar no solo responden a la posición en el espacio, sino también en otras situaciones. De modo que el hipocampo puede ofrecer un juego de neuronas de uso general capaces de responder de distintas formas a diferentes situaciones”.

“Nuestro trabajo muestra que estas células se activan en secuencias”, prosigue el neurocientífico de Baltimore, “lo que puede reflejar una especie de proceso de resolución de problemas, y también un proceso de memoria, en el que pueden basarse otras habilidades cognitivas además de la navegación espacial; hay trabajos, de hecho, que implican al hipocampo humano en el lenguaje”.

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