Estudiant el cervell

Neurociència present i futur

A l’octubre de 2010 el Congrés dels Diputats, a proposta de la Societat Espanyola de Neurociència (SENC), va declarar el 2012 Any de la Neurociència a Espanya. Els promotors anunciaven aquesta iniciativa com «una oportunitat única per a donar impuls a la investigació neurocientífica en les universitats i centres d’investigació del nostre país, fomentar la transferència dels coneixements sobre el cervell a la societat i impulsar l’ensenyament del funcionament del cervell als estudiants de tots els nivells i la divulgació al públic general».

La proposta es va aprovar amb el vot favorable de tots els diputats presents al Congrés amb una sola abstenció. No obstant això, des de llavors no sols no hi ha hagut partides pressupostàries o convocatòries específiques per a impulsar la investigació en neurociència al nostre país, sinó que la inversió de l’estat en R+D+i no ha deixat de caure perillosament. La política de retallades del govern ha afectat de manera important els pressupostos d’enguany dedicats a la investigació i la transferència de coneixements (que han disminuït en un 25,5% respecte als ja minvats de 2011). En la convocatòria d’enguany de Projectes d’Investigació Fonamental no Orientada, s’han concedit únicament el 35% dels projectes sol·licitats en l’àrea de biomedicina (una de les que més projectes de neurociència inclou). El que representa que quasi 400 projectes d’investigació biomèdica han quedat sense finançament. Per tant podem dir que la investigació en neurociència al nostre país no sols no ha rebut un impuls, sinó que amb aquestes retallades acabarà patint una des­acceleració, quan no un retrocés.

En canvi, l’objectiu de divulgar les neurociències ha tingut més èxit i al llarg de l’any s’han posat en marxa diferents iniciatives per a comunicar a la societat els avenços en la investigació sobre el sistema nerviós (moltes de les quals promogudes per la SENC1) en les quals han participat societats científiques, universitats, instituts d’investigació i fundacions. Els articles d’aquest dossier són una petita contribució de la revista Mètode a aquesta labor divulgativa sobre la neurociència.

En el número 23 de Mètode es va publicar un monogràfic sobre el cervell que vaig tenir el plaer de coordinar. Era la tardor de 1999 i, per tant, estava a punt de finalitzar la dècada dels noranta, que havia estat declarada la «Dècada del Cervell» pel Congrés dels Estats Units. La Dècada del Cervell va significar un impuls important a la investigació tant bàsica com aplicada sobre el cervell, no sols als Estats Units sinó en molts altres països, incloent-hi els de la Unió Europea, ja que va significar la inclusió de la neurociència entre les àrees d’investigació el finançament de les quals es considerava prioritari. En els vuit articles que componien aquell monogràfic es feia un repàs dels ràpids avenços que s’estaven produint en aquest camp. És interessant rellegir aquells articles i constatar que mantenen la vigència després de tretze anys. Per descomptat la investigació sobre el cervell ha continuat avançant, però molts dels temes que en aquell moment estaven germinant de manera prometedora han florit i assolit la maduresa en aquests últims anys: les tècniques d’estimulació i enregistrament de l’activitat cerebral, la neuroendocrinologia, la investigació sobre neurogènesis adulta i regeneració, o la complexa interacció entre gens i ambient durant el desenvolupament del cervell sa o malalt.

«La investigació en neurociència a Espanya no sols no ha rebut un impuls, sinó que amb les retallades acabarà patint una desacceleració, quan no un retrocés»

Què ha succeït en aquests tretze anys? Quins són els temes més candents en neurociència actualment? Com han millorat les tècniques d’estudi? En què han canviat les nostres idees sobre el cervell? En aquest article intentaré contestar algunes d’aquestes qüestions. No pretenc fer una revisió exhaustiva del tema, que requeriria un llibre sencer, sinó mostrar alguns dels avenços recents, amb les perspectives de futur que s’obren i les implicacions ètiques que comporten.

Descodificant el cervell

Les eines amb què compten actualment els neurocientífics permeten plantejar-se reptes que fa només dues dècades eren pura ciència-ficció. Som cada vegada més prop d’aconseguir objectius com llegir la ment o fins i tot manipular-la. Tot i que encara som lluny de desxifrar els pensaments o records més complexos d’una persona, els avenços experimentats en els últims anys són espectaculars. El creixent increment en la sensibilitat de les tècniques de neuroimatge, combinat amb el desenvolupament de tècniques cada vegada més sofisticades de modelatge computacional (la neurociència computacional hi ha experimentant una ràpida expansió), està fent real aquesta possibilitat. En els darrers cinc anys s’han publicat diversos estudis en què es descodifiquen, mitjançant un ordinador dotat amb el programari adequat, les imatges (tant de fixes com en moviment) que veu una persona, a partir de l’enregistrament de la seua activitat cerebral en el moment en què està observant-les. Per a això prèviament s’ha ensinistrat l’ordinador a relacionar els patrons d’activació de l’escorça visual de diversos subjectes, obtinguts amb ressonància magnètica funcional (fMRI, de l’anglès functional Magnetic Resonance Imaging), amb les distintes imatges que els produeixen. A posteriori, l’ordinador és capaç de reproduir les imatges noves que està veient un subjecte llegint el patró d’activació de la seua escorça visual mostrat per la fMRI. De moment les imatges tenen poca definició2 però ens permeten destriar si el subjecte veu una persona parlant, un paisatge o un text. Com a dada curiosa, ben sovint apareixen textos superposats a les imatges que no es troben en el vídeo original mostrat al subjecte. L’origen d’aquestes paraules és incert, probablement només són soroll a causa de les limitacions metodològiques, però és suggeridor pensar que tal vegada en l’escorça visual del subjecte s’estan representant, visualitzant, les paraules que conformen els seus pensaments. Seríem en aquest cas més prop de, literalment, «llegir el pensament».

75-34

Neil Harbisson té acromatòpsia un dèficit visual que li fa percebre el món en blanc i negre. Des dels vint anys porta al cap un «ull electrònic» (eyeborg) que li permet «escoltar els colors». En 2010, va crear la Fundació Cyborg, una organització internacional per defendre els drets dels ciborgs./ Foto: Campus Party México

Altres estudis semblants s’han centrat en l’audició i el llenguatge. En aquest cas l’ordinador és capaç de descodificar les ones cerebrals, captades mitjançant elèctrodes, per reproduir les paraules que escolta una persona. Algunes investigacions han anat més enllà i han estat capaces de detectar si un record és verdader o fals, o de saber la decisió que prendrà una persona (si prem un botó situat a la dreta o a l’esquerra) uns pocs segons abans que ell o ella siga conscient d’haver-la pres. Els resultats d’aquest últim experiment dut a terme pel grup del doctor John Dylan Haynes suggereixen que la sensació de control conscient dels nostres actes podria no ser més que una il·lusió i que gran part de les decisions (si no totes) les pren el nostre cervell abans que en siguem conscients. Això no fa més que confirmar un fet que els neurocientífics defensen des de fa dècades: «som el nostre cervell». Els éssers humans tendim a pensar sobre la nostra essència de manera dualista: pensem en un jo conscient que habita un cos que posseeix un cervell. La neurociència aporta dades en favor de la identitat entre el jo i el cervell, dades que fan trontollar algunes idees molt arrelades sobre la consciència (que podria no ser el subjecte de l’acció sinó un mer observador), el raonament, la presa de decisions i en última instància, la moralitat i el lliure albir.

Precisament la investigació sobre els mecanismes neurals implicats en la presa de decisions ha avançat molt en aquests últims anys fins al punt d’haver emergit com una nova disciplina dins de les neurociències (i de l’economia): la neuroeconomia. La neuroeconomia estudia el cervell humà mentre pren decisions de caràcter econòmic. Per això, per exemple, els investigadors enregistren l’activitat cerebral mitjançant tècniques de neuroimatge o electroencefalografia (vegeu l’article de Casado i Muñoz en aquest número) mentre els subjectes experimentals participen en jocs en què han de prendre decisions que comporten pèrdues o guanys econòmics (com per exemple, el joc conegut com «de l’ultimàtum»). Els resultats d’aquests estudis han posat de manifest la gran influència que les emocions tenen en les nostres decisions. Quan entren en conflicte raó i emoció, en les persones sanes l’emoció guia la decisió. L’enorme interès per aquest tipus d’investigació és fàcil d’entendre si pensem en les possibles aplicacions en l’àmbit del màrqueting. De fet, ha sorgit una disciplina aplicada molt relacionada amb l’anterior: el neuromàrqueting, que estudia els efectes de la publicitat i altres accions de propaganda sobre el cervell humà amb la intenció de poder arribar a predir i manipular la conducta del consumidor.

Comunicació cervell-màquina: una via de dues direccions?

L’interès per manipular l’activitat cerebral és molt antic. El flux d’informació en el sistema nerviós es produeix per mecanismes elèctrics i químics, i podem manipular-ne l’activitat tant amb estimulació química com elèctrica (en realitat, electromagnètica).3 De fet, la «manipulació química cerebral» és pràcticament tan antiga com la humanitat, ja que totes les societats han ingerit alguna substància amb efectes psicoactius, com ara alcohol, cafeïna, nicotina, opiacis, al·lucinògens, etc. Actualment les tècniques que ens permeten modificar l’activitat cerebral són cada vegada més sofisticades. Entre les més recents tenim l’optogenètica (triada mètode de l’any el 2010 per la revista Nature Methods), que permet l’activació o inactivació de poblacions neuronals específiques in vivo utilitzant llum de distintes longituds d’ona.4 La tècnica requereix subjectes experimentals modificats genèticament en els quals s’introdueixen gens de microorganismes que codifiquen proteïnes (opsines) capaços de fer que les seues cèl·lules responguen a la llum, raó per la qual de moment només s’ha utilitzat amb fins experimentals en animals no humans. Un dels avantatges d’aquest mètode és l’especificitat, ja que només responen les neurones en què s’ha introduït el gen. Molts laboratoris estan aplicant l’optogenètica en models animals per alleujar els símptomes del Parkinson, la ceguera, les lesions medul·lars, la depressió, la narcolèpsia i l’addicció, entre altres, i unes quantes empreses tecnològiques s’han interessat en l’aplicació d’aquestes teràpies òptiques en humans.

«La neurociència està aportant dades que fan trontollar algunes idees molt arrelades sobre la consciència, el raonament, la presa de decisions i, en última instància, el lliure albir i la moralitat»

Una tècnica invasiva que sí s’està aplicant a humans són els implants cerebrals. Aquests són petits aparells que es col·loquen al cervell del subjecte mitjançant cirurgia i poden utilitzar-se tant per enregistrar com per estimular les àrees concretes del cervell en què s’implanten. Encara que les bases teòriques que sustenten aquesta tècnica es remunten al segle xix, l’aplicació d’aquesta als humans ha progressat molt gràcies als recents avenços en nanotecnologia i computació, i sobretot als avenços en la comprensió del procediment que segueix el cervell per processar la informació. En els últims anys aquesta tècnica s’ha utilitzat amb èxit per restaurar parcialment la visió en persones que han quedat cegues (a través d’implants en la retina o en l’escorça visual) o per alleujar els símptomes del Parkinson (mitjançant estimulació de zones profundes del cervell). Un aspecte relacionat amb els implants que ha despertat molt interès en els últims anys són les interfícies cervell-ordinador (BCI, Brain Computer Interface), dispositius que, implantats al cervell (o fins i tot sobre el cuir cabellut), permeten la comunicació a distància amb un ordinador o amb una màquina robotitzada. S’han provat nombrosos prototipus d’interfícies que permeten que persones amb discapacitat severa puguen comunicar-se fent servir una màquina, o que persones tetraplègiques utilitzen un ordinador, manegen un braç robòtic o maniobren una cadira de rodes, però els objectius de moltes d’aquestes investigacions són més lúdics, van dirigits a un públic més ampli i són, per tant, econòmicament més rendibles. La tecnologia necessària per a fabricar aquests dispositius s’ha abaratit molt i actualment ja estan disponibles comercialment interfícies que permeten compondre música o jugar amb una consola només amb la ment. En els pròxims anys podria haver-hi un boom de dispositius per a ús domèstic basats en aquesta tecnologia.

 

75-34

Empreses com Emotiv han posat a la venda per menys de 300 dòlars interfícies cervell-ordinador que permeten enregistrar senyals cerebrals per a interaccionar sense fils amb un ordinador dotat amb el software adequat. Aquests aparells poden utilitzar-se per a fer la vida més fàcil a persones discapacitades, però també per a fins merament lúdics./ Foto: Emotiv

Què ens fa humans?

Alguns dels canvis conceptuals més importants de l’última dècada tenen a veure amb la cerca d’allò que ens fa humans. La comparació de la seqüència dels genomes complets d’humans (publicat el 2003), ximpanzés (publicat el 2005), goril·les i bonobos (publicats enguany) posa de manifest la semblança tan gran entre els nostres gens i els dels grans simis. Algunes de les diferències entre el genoma humà i el d’altres espècies més o menys pròximes involucren uns pocs gens relacionats amb el desenvolupament del cervell, però la majoria de les nostres proteïnes són pràcticament idèntiques. Això ha portat els investigadors a centrar la cerca del que ens fa diferents en les regions no codificants del genoma, que per cert constitueixen la major part d’aquest (va ser una sorpresa comprovar

que menys del 2% del nostre ADN codifica proteïnes). Durant algun temps es va pensar que la major part d’aquest ADN no codificant era ADN escombreria, sense una funció específica, però resultats molt recents (publicats al setembre d’enguany) del projecte ENCODE (Encyclopedia of ADN Elements), que té com a objecte identificar els elements funcionals del genoma humà, mostren que una gran part d’aquest ADN no codificant està implicat en la regulació de l’expressió genètica i forma part dels interruptors que determinen on, quan i quant s’expressa un gen. No és sorprenent que siga en aquestes regions reguladores on es troben les majors diferències entre els humans i els grans simis.

Una diferència fonamental entre els humans i altres primats és la major grandària cerebral en el nostre llinatge (el cervell d’un humà modern és tres vegades major que el d’un ximpanzé). En aquests anys s’ha avançat en la comprensió tant de les pressions evolutives que poden haver afavorit l’increment de la grandària cerebral en el nostre llinatge (les hipòtesis més recents apunten a la complexitat dels grups socials com la pressió selectiva fonamental), com dels mecanismes implicats en el desenvolupament del cervell humà i la forma en què gens i ambient interactuen per conformar aquest òrgan tan preat. Una dada

pot donar-nos una idea de la complexitat d’aquest procés: de 17.000 gens estudiats, més del 80% s’expressen al cervell en desenvolupament. A més, s’ha vist que hi ha gens que s’expressen o no depenent de si s’hereten de la mare o del pare (són gens imprintats). En el cas del cervell, els gens procedents del pare estan implicats en el desenvolupament de l’hipotàlem (encarregat de regular comportaments i processos fisiològics necessaris per a la supervivència, inclosa la ingesta d’aliment i la reproducció), mentre que els gens procedents de la mare participen en el desenvolupament de l’estriat, l’hipocamp i l’escorça cerebral (especialment l’escorça frontal, implicada en processos com l’atenció, la planificació i la presa de decisions).

Els gens no sols intervenen en la construcció del cervell, sinó que tenen un paper fonamental en la modificació d’aquest òrgan, en la plasticitat intrínseca als processos d’aprenentatge. Podem afirmar que l’aprenentatge és un procés pel qual l’experiència modifica el cervell a través de la modificació de l’expressió de determinats gens. Es comencen a conèixer tant els gens implicats en aquest procés com els mecanismes moleculars que en regulen l’expressió, la qual cosa obre la possibilitat de dissenyar una nova generació de psicofàrmacs capaços de millorar la capacitat d’aprenentatge actuant sobre les cascades moleculars que es produeixen en l’interior de les neurones i que modulen l’expressió d’aquests gens.

75-35

75-35

El correcte desenvolupament dels diferents grups de neurones del cervell és el resultat de l’expressió específica i combinada de múltiples gens durant el desenvolupament embrionari. Aquestes fotografies corresponen a talls del cervell d’embrions de ratolí. S’hi poden observar en tonalitat blava les àrees d’expressió de dos gens diferents (Dlx 5 a dalt i Tbr1 a sota) implicats en el control del desenvolupament de diverses àrees del cervell./ Imatges cedides per la doctora Loreta Medina

Encara falta molt camí per recórrer per aconseguir una comprensió profunda del que en realitat està fent el cervell, com fan els seus patrons d’activitat per donar lloc a pensaments, emocions i records, i com és que fallides en el seu funcionament produeixen trastorns psiquiàtrics, com la depressió o l’esquizofrènia. El progrés de la neurociència és imparable i les aplicacions futures d’aquesta disciplina per a guarir o almenys alleujar els efectes devastadors de malalties neurològiques i trastorns psicològics són més que prometedores. No obstant això, aquests avenços no estan exempts de riscos i comporten dilemes ètics que no podem bandejar. En aquest context ha emergit amb força la neuroètica que planteja que hem de passar del «què pot o no fer-se» a «què deu o no fer-se» amb aquests nous coneixements sobre el cervell. Hauríem d’introduir el gen d’un bacteri en un malalt de Parkinson si això curara la seua malaltia? Hauríem d’escanejar el cervell d’un acusat per esbrinar si ha comès un assassinat? Podríem forçar un psicòpata a portar un implant cerebral que permetera controlar el seu comportament i evitar que faça mal a altres persones? Si mitjançant drogues, implants o enginyeria genètica poguérem augmentar la intel·ligència i la memòria, s’haurien d’utilitzar en subjectes normals per produir persones amb capacitats mentals superiors? Se les prendrien vostès o els les donarien als seus fills per millorar el seu rendiment? Aquestes preguntes i moltes més relacionades amb la neurociència esperen una resposta de la societat. Tots hauríem de reflexionar-hi.

 

1 És el cas d’aquesta web. (Tornar al text)
2 Podeu veure les imatges resultants en aquest vídeo del grup d’investigació del doctor Gallant de la Universitat de Califòrnia a Berkeley. (Tornar al text)
3 Us recomane l’article sobre estimulació magnètica transcranial de José María Tormos i Álvaro Pascual-Leone en el número 23 de Mètode. (Tornar al text)
4 En aquesta pàgina teniu informació sobre la tècnica. (Tornar al text)

Bibliografia
Gilbert et al., 2005. «Genetic Links Between Brain Development and Brain Evolution». Nature Reviews Genetics, 6: 581-590.
Hill, R. S. i C. A. Walsh, 2005. «Molecular Insights into Human Brain Evolution».  Nature, 437: 64-67.
Nishimoto, S. et al., 2011. «Reconstructing Visual Experiences from Brain Activity Evoked by Natural Movies». Current Biology, 21: 1641-1646.
Soon, C. S. et al., 2008. «Unconscious Determinants of Free Decisions in the Human Brain». Nature Neuroscience, 11: 543-545.
The Enconde Project Consortium, 2012. «An Integrated Encyclopedia of DNA Elements in the Human Genome». Nature, 489: 57-74.

© Mètode 2012 - 75. El gen festiu - Tardor 2012
POST TAGS:

Professora Serra Húnter del departament de Medicina Experimental. Universitat de Lleida.