“¿Acaso el cerebro humano es capaz de comprender el cerebro humano?”, pregunta David Van Essen. “Quizá nunca lo sea”. A pesar de estas dudas, Van Essen es coinvestigador principal del Proyecto Conectoma Humano (HCP, por sus siglas en inglés), un esfuerzo internacional para mapear el “cableado” del cerebro humano. Entre sus metas se encuentra revelar qué hace exactamente cada parte del cerebro.
Van Essen se define a sí mismo como un “cartógrafo cerebral” y compara el cerebro con la Tierra: la superficie del planeta, con sus muchas arrugas y planicies (que conocemos como montañas y valles), es análoga a los pliegues cerebrales. Aunque estas características geográficas son importantes, la información que debemos tener “está formada por las subdivisiones políticas y la organización social, lo que concebimos como estados y países, creados por la organización y las comunicaciones entre los miles de millones de habitantes del planeta”, señala. De manera similar, cuando se trata de comprender cómo funciona la mente humana, lo que importa más que la ubicación de los casi 100 000 millones de neuronas del cerebro es cómo están interconectadas y se comunican entre sí. El conectoma que Van Essen busca es, esencialmente, un diagrama del cableado del cerebro.
Él y más de cien científicos del consorcio HCP, encabezado por la Universidad de Washington, la Universidad de Minnesota y la Universidad de Oxford, están escudriñando dentro de cráneos humanos y reuniendo información para este mapeo utilizando las tecnologías más avanzadas que existen. Por ejemplo, los científicos utilizan la obtención de imágenes por resonancia magnética de difusión (DMRI, por sus siglas en inglés) para seguir las distintas vías de comunicación neuronal a través de la materia blanca del cerebro que, de acuerdo con Van Essen, está formada únicamente por axones, que son las fibras nerviosas largas parecidas a ramas que transportan información desde el cuerpo celular “de una forma muy semejante a los cables de una computadora o de cualquier otro circuito electrónico”. La DMRI se utiliza principalmente para estudiar y tratar trastornos neurológicos, pero también da a los investigadores la oportunidad de observar las anomalías en la materia blanca del cerebro.
Una tecnología relacionada, conocida como obtención de imágenes por resonancia magnética (IRM) funcional, permite que Van Essen y sus colegas observen las “fluctuaciones ascendentes y descendentes”, es decir, la actividad que ocurre en la materia gris cuando se envían impulsos hacia o desde las neuronas (la materia gris es el tejido que contiene principalmente los cuerpos de las células nerviosas y se cree que es la parte del cerebro que procesa la información transportada por la materia blanca). Los participantes descansan o realizan tareas mientras se encuentran dentro de una máquina de IRM, lo que permite a los científicos observar cuáles son las áreas del cerebro que muestran actividad en la materia gris. Si dos o más regiones cerebrales envían señales de manera coordinada, ello significa que las células nerviosas disparan al mismo tiempo, por lo que es probable que dichas regiones estén conectadas funcionalmente. “Si disparan juntas, están interconectadas”, es como lo describen los científicos del conectoma. Dado que la materia gris es donde ocurre el procesamiento de la información, los investigadores están interesados principalmente en observar de qué manera una zona de materia gris se conecta y se comunica con otras zonas cercanas o distantes.
Hay materia gris distribuida en todo el cerebro, pero quizá las partes más importantes de ella están alojadas en la corteza cerebral, una capa de tejido de materia gris de dos o tres milímetros de espesor que cubre la mayor parte del cerebro. Contiene un quinto de las neuronas cerebrales y se piensa que es responsable de la mayoría de las funciones cerebrales del más alto orden, como el procesamiento de la información, el lenguaje y la conciencia. Los neurocientíficos han descubierto que ciertas partes de la corteza cerebral están asociadas con determinadas funciones; por ejemplo, el lóbulo occipital es el centro de procesamiento visual del cerebro, pero muchos de los detalles más finos todavía no han sido identificados.
Junto con la construcción de un conectoma, el HCP tiene también un largo camino recorrido en la producción de un mapa de la corteza cerebral del siglo XXI, el cual es mucho más preciso que los que se encuentran actualmente en los libros de texto de ciencias médicas. El equipo de Van Essen calcula que cada lóbulo del cerebro contiene entre 150 y 200 áreas corticales diferentes. Es posible que algunas de estas divisiones coincidan con los mapas antiguos y más rudimentarios, pero muchas de las regiones son esencialmente nuevas, explica Matthew Glasser, estudiante de doctorado en neurociencias que trabajó en este aspecto del HCP. Es como si, durante años, supiéramos que existe algo llamado Europa y acabáramos de descubrir que está formado por países individuales, cada uno de ellos con características propias.
La obtención de un mapa preciso es clave, debido a que, como explica Sebastian Seung, neurocientífico computacional de la Universidad de Princeton en su libro Connectome: How the Brain’s Wiring Makes Us Who We Are (Conectoma: De qué manera el cableado cerebral nos hace ser quienes somos), la exploración de las distintas regiones cerebrales “nos ayudará a comprender las patologías que afectan con tanta frecuencia [al cerebro], así como su funcionamiento normal”. Por ejemplo, se espera que una mejor comprensión de la forma en que está conectado el cerebro sano ayude a comprender mejor cuáles son los síntomas que pueden ocurrir si el cerebro está interconectado de manera deficiente.
Tras haber terminado la misión principal del proyecto, que consiste en adquirir información, Van Essen y sus colegas ahora analizan los datos. En particular, desea comparar los conectomas regionales de gemelos idénticos para averiguar cuáles son los aspectos de los circuitos cerebrales que pueden heredarse y cuáles de ellos cambian debido a las experiencias. Hasta ahora, han visto que los pliegues cerebrales (sus arrugas) son sorprendentemente distintos entre gemelos idénticos y, por lo tanto, no puede ser obra únicamente de la genética. “Supongo que la mayoría de estos mapas están determinados en gran medida por la herencia, mientras que la experiencia afina y ayuda a organizar las conexiones entre áreas distintas —señala Van Essen—. Ambos factores [los genes y la experiencia] son extremadamente importantes”.
El Instituto Nacional de Salud de Estados Unidos pretende financiar tres nuevos proyectos del conectoma en los que se analizará a niños pequeños y adultos mayores para comprender de qué manera el conectoma cambia durante toda la vida. Mientras tanto, el equipo de Van Essen comparte su información con investigadores de todo el mundo. Entre las personas que han comenzado ya a dar un buen uso al menos a una parte de su almacén de datos está Todd Constable, catedrático de radiología, obtención de imágenes biomédicas y neurocirugía de la Universidad de Yale. Para la realización de un estudio publicado recientemente, él y sus colegas recopilaron datos de 126 participantes en proyectos, quienes fueron sometidos a seis sesiones de escaneo cada uno. Con base en la fuerza de la actividad coordinada entre 268 regiones cerebrales separadas, los investigadores descubrieron que podían identificar a los individuos: al igual que las huellas dactilares, nuestros conectomas, o huellas cerebrales, son únicos.
Mientras realizamos una tarea motora, nuestros conectomas lucen similares, pero cuando descansamos y soñamos despiertos, nuestros cerebros lucen más idiosincráticos. Hablando claramente, nuestros cerebros no tienen algún tipo de diseño distintivo, como las huellas dactilares; es más, como si el cerebro de cada persona tuviera un código especial, una serie de números que representan las conexiones entre distintas áreas del cerebro. Estos códigos son únicos para cada persona. El área más distintiva es la red frontoparietal, el área del cerebro que, según se piensa, define nuestra personalidad, planifica y toma decisiones, y gestiona nuestra conducta, habilidades mentales comúnmente denominadas por los científicos como “funcionamiento ejecutivo”. Además, señala Constable, “desde el punto de vista evolutivo, este ha sido el último elemento en evolucionar y lo que distingue a los seres humanos de otros animales”.
Los científicos también pudieron utilizar los escáneres cerebrales para pronosticar la inteligencia fluida, que mide la capacidad de una persona de razonar y pensar, independientemente del conocimiento adquirido. Al analizar la organización cerebral de una persona, Constable pudo ver dónde encajaba en el espectro de todas las personas escaneadas para el HCP y asignarle una puntuación de inteligencia fluida correspondiente. Los científicos desean ver si otras medidas de la conducta también pueden ser extraídas o explicadas mediante los datos de la organización cerebral.
El mapa cerebral del HCP no resolverá todos y cada uno de los misterios neurológicos. “Podría ayudar a definir cuál es el área cerebral que hace determinado trabajo y cuáles son las partes del cerebro que trabajan juntas para realizar una tarea”, señala Tony Movshon, neurofisiólogo de la Universidad de Nueva York. Pero la resolución sigue siendo demasiado indefinida como para permitir analizar los detalles de los circuitos neuronales. Sólo una imagen más intrincada del cerebro, un “microconectoma”, podría lograr esto, afirma Movshon. Hipotéticamente, podría crear un mapa de cada conexión, cuyo número se calcula en decenas de miles, por cada una de los 100 000 millones de neuronas del cerebro. Como teoriza Seung, incluso podríamos “intentar leer recuerdos a partir de conectomas” una vez que el gradiente del mapa llegue a ser lo suficientemente fino. En general, los científicos están de acuerdo en que un microconectoma como ese está más allá de todo logro humano en este momento de la historia.
Mientras tanto, el humilde macroconectoma resulta útil para psicólogos y neurólogos. Constable ya ha utilizado conectomas regionales para crear modelos y pronosticar trastornos de la atención en niños. Actualmente explora posibles aplicaciones con el objetivo de utilizar el conectoma para beneficiar a los pacientes. Si los síntomas de trastornos psiquiátricos se relacionan con la organización cerebral y pueden ser “vistos” en el conectoma, por ejemplo, si la paranoia fuera visible en el conectoma de la misma forma en que un tumor resulta visible en un pulmón, los trastornos psiquiátricos ya no dependerían de una evaluación subjetiva. Comprender las “conectopatías” (axones mal conectados o dañados que producen enfermedades o trastornos) a partir del material proporcionado por el HCP podría ser la clave para desentrañar incluso los trastornos cerebrales más complejos, como la esquizofrenia, la depresión e, incluso, el autismo.
Presuntamente, un médico incluso podría medir cuantitativamente la cantidad de sufrimiento de una persona. Al conocer las conexiones cerebrales y cómo se relacionan con los trastornos cerebrales, los psiquiatras también podrían supervisar objetivamente el tratamiento y dar a los científicos nuevos objetivos para crear tratamientos. Cuando se observan conexiones débiles entre regiones cerebrales específicas, es posible que exista una nueva forma de manipularlas y fortalecerlas. “No sólo deseamos entender el cerebro —señala Seung—, sino que deseamos cambiarlo”.
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Publicado en cooperación con Newsweek / Published in cooperation with Newsweek