¿Cómo investiga la ciencia moderna convencional el cerebro?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificación: 2023-12-16 16:02

No hace mucho tiempo, según los estándares históricos, se hablaba del cerebro como una "caja negra", cuyos procesos en su interior seguían siendo un misterio. Los recientes logros científicos ya no nos permiten declarar esto de manera tan categórica. Sin embargo, todavía hay muchas más preguntas que respuestas inequívocas en el campo de la investigación del cerebro.

Es sumamente difícil reconocer en este sistema, que tiene parámetros numéricos cósmicos y está en constante movimiento, mecanismos que podrían correlacionarse con lo que llamamos memoria y pensamiento. A veces, para ello hay que penetrar directamente en el cerebro. En el sentido físico más directo.

Digan lo que digan los defensores de la vida salvaje, nadie ha prohibido todavía a los investigadores experimentar con los cerebros de monos y ratas. Sin embargo, cuando se trata del cerebro humano, un cerebro vivo, por supuesto, los experimentos en él son prácticamente imposibles por razones legales y éticas. Solo se puede entrar en la "materia gris", como dicen, para la empresa de medicamentos.

Alambres en mi cabeza

Una de esas oportunidades que se presentó a los investigadores del cerebro fue la necesidad de un tratamiento quirúrgico de los casos graves de epilepsia que no responden a la terapia con medicamentos. La causa de la enfermedad son las áreas afectadas del lóbulo temporal mediano. Son estas áreas las que deben eliminarse mediante métodos de neurocirugía, pero en primer lugar deben identificarse para, por así decirlo, no “cortar el exceso”.

El neurocirujano estadounidense Yitzhak Fried de la Universidad de California (Los Ángeles) fue uno de los primeros en aplicar la tecnología de insertar electrodos de 1 mm directamente en la corteza cerebral en la década de 1970. En comparación con el tamaño de las células nerviosas, los electrodos tenían dimensiones ciclópeas, pero incluso un instrumento tan tosco era suficiente para eliminar la señal eléctrica promedio de varias neuronas (de mil a un millón).

En principio, esto fue suficiente para lograr objetivos puramente médicos, pero en algún momento se decidió mejorar el instrumento. A partir de ahora, el electrodo milimétrico recibió un extremo en forma de ramificación de ocho electrodos más delgados con un diámetro de 50 μm.

Esto hizo posible aumentar la precisión de las mediciones hasta la fijación de la señal de grupos relativamente pequeños de neuronas. También se han desarrollado métodos para filtrar la señal enviada desde una sola célula nerviosa en el cerebro del ruido "colectivo". Todo esto no se hizo con fines médicos, sino con fines puramente científicos.

¿Qué es la plasticidad cerebral?

La plasticidad del cerebro es la asombrosa capacidad de nuestro órgano del pensamiento para adaptarse a circunstancias cambiantes. Si aprendemos una habilidad y entrenamos el cerebro de manera intensiva, aparece un engrosamiento en el área del cerebro responsable de esa habilidad. Las neuronas ubicadas allí crean conexiones adicionales, consolidando las habilidades recién adquiridas. En caso de daño a una parte vital del cerebro, el cerebro a veces vuelve a desarrollar los centros perdidos en el área intacta.

Neuronas nombradas

Los objetos de la investigación fueron personas en espera de una cirugía para la epilepsia: mientras los electrodos incrustados en la corteza cerebral leían señales de las neuronas para determinar con precisión el área de intervención quirúrgica, en el camino se llevaron a cabo experimentos muy interesantes. Y este fue el caso cuando los íconos de la cultura pop, las estrellas de Hollywood, cuyas imágenes son fácilmente reconocibles por la mayoría de la población mundial, aportaron beneficios reales a la ciencia.

El compañero de trabajo de Yitzhak Frida, médico y neurofisiólogo Rodrigo Kian Quiroga, mostró a los sujetos en su computadora portátil una selección de imágenes conocidas, incluidas personalidades populares y estructuras famosas como la Ópera de Sydney.

Cuando se mostraron estas imágenes, se observó la actividad eléctrica de neuronas individuales en el cerebro, y diferentes imágenes "activaron" diferentes células nerviosas. Por ejemplo, se instaló una “neurona de Jennifer Aniston”, que se “disparaba” cada vez que aparecía en pantalla un retrato de esta romántica actriz. Cualquiera que sea la foto que se le mostró a Aniston al sujeto, la neurona "su nombre" no falló. Además, también funcionó cuando aparecían en la pantalla fotogramas de la famosa serie de televisión, en la que la actriz protagonizaba, incluso si ella misma no estaba en el fotograma. Pero al ver chicas que solo se parecían a Jennifer, la neurona se quedó en silencio.

Resultó que la célula nerviosa estudiada se asoció precisamente con la imagen holística de una actriz en particular, y en absoluto con elementos individuales de su apariencia o vestimenta. Y este descubrimiento proporcionó, si no una clave, una pista para comprender los mecanismos de retención de la memoria a largo plazo en el cerebro humano.

Lo único que nos impidió avanzar fueron las mismas consideraciones de ética y derecho, que se mencionaron anteriormente. Los científicos no pudieron colocar electrodos en otras áreas del cerebro, excepto en aquellas que fueron sometidas a investigación preoperatoria, y el estudio en sí tuvo un marco de tiempo médico limitado.

Esto hizo que fuera muy difícil encontrar una respuesta a la pregunta de si la neurona de Jennifer Aniston, Brad Pitt o la Torre Eiffel realmente existe, o tal vez como resultado de las mediciones, los científicos tropezaron accidentalmente con una sola célula de una red completa. conectados entre sí por conexiones sinápticas, que se encarga de preservar o reconocer una determinada imagen.

Jugando con imágenes

Sea como fuere, los experimentos continuaron y Moran Cerf se unió a ellos, una personalidad extremadamente versátil. Israelí de nacimiento, se probó a sí mismo como consultor de negocios, pirata informático y al mismo tiempo instructor de seguridad informática, además de artista y escritor de cómics, escritor y músico.

Fue este hombre con un espectro de talentos dignos del Renacimiento quien se propuso crear una especie de interfaz neuromáquina sobre la base de la neurona Jennifer Aniston y similares. En esta ocasión, 12 pacientes del Centro Médico que llevan el nombre de V. I. Ronald Reagan de la Universidad de California. En el curso de los estudios preoperatorios, se insertaron 64 electrodos separados en la región del lóbulo temporal mediano. Paralelamente, comenzaron los experimentos.

El desarrollo de las ciencias de la actividad nerviosa superior promete perspectivas increíbles: las personas podrán entenderse mejor a sí mismas y hacer frente a dolencias ahora incurables. El lado moral y legal de los experimentos en un cerebro humano vivo sigue siendo un problema.

A la gente se le mostraron por primera vez 110 imágenes de temas de la cultura pop. Como resultado de esta primera ronda, se seleccionaron cuatro imágenes, a la vista de las cuales se registró claramente la excitación de neuronas en diferentes partes del área estudiada de la corteza en la docena completa de sujetos. Luego, dos imágenes se mostraban simultáneamente en la pantalla, superpuestas entre sí, y cada una tenía un 50% de transparencia, es decir, las imágenes brillaban entre sí.

Se le pidió al sujeto que aumentara mentalmente el brillo de una de las dos imágenes, de modo que oscureciera a su "rival". En este caso, la neurona responsable de la imagen en la que se centró la atención del paciente produjo una señal eléctrica más fuerte que la neurona asociada a la segunda imagen. Los pulsos fueron fijados por electrodos, ingresaron al decodificador y se convirtieron en una señal que controla el brillo (o transparencia) de la imagen.

Por lo tanto, el trabajo del pensamiento fue suficiente para que una imagen comenzara a "martillar" a la otra. Cuando se pidió a los sujetos que no intensificaran, sino que, por el contrario, que hicieran más pálida una de las dos imágenes, el vínculo cerebro-computadora volvió a funcionar.

Cabeza ligera

¿Valió la pena este emocionante juego para realizar experimentos con personas vivas, especialmente aquellas con problemas de salud graves? Según los autores del proyecto, valió la pena, porque los investigadores no solo satisfacían sus intereses científicos de naturaleza fundamental, sino que también buscaban enfoques para resolver problemas bastante aplicados.

Si hay neuronas (o conjuntos de neuronas) en el cerebro que se excitan al ver a Jennifer Aniston, entonces debe haber células cerebrales que sean responsables de conceptos e imágenes que son más esenciales para la vida. En los casos en que el paciente no puede hablar o señalar sus problemas y necesidades con gestos, la conexión directa con el cerebro ayudará a los médicos a conocer las necesidades del paciente a partir de las neuronas. Además, cuantas más asociaciones se establezcan, más podrá una persona comunicarse sobre sí misma.

Sin embargo, un electrodo incrustado en el cerebro, incluso si tiene 50 micrones de diámetro, es una herramienta demasiado tosca para apuntar con precisión a una neurona específica. Un método de interacción más sutil es la optogenética, que implica la transformación de las células nerviosas a nivel genético.

Se considera que Ed Boyden y Karl Thessot, que comenzaron su trabajo en la Universidad de Stanford, se encuentran entre los pioneros de esta dirección. Su idea era actuar sobre las neuronas utilizando fuentes de luz en miniatura. Para ello, las células, por supuesto, deben hacerse sensibles a la luz.

Dado que las manipulaciones físicas de trasplantar proteínas sensibles a la luz (opsinas) en células individuales son casi imposibles, los investigadores sugirieron … infectar las neuronas con un virus. Es este virus el que introducirá un gen que sintetiza una proteína sensible a la luz en el genoma de las células.

Esta tecnología tiene varios usos potenciales. Uno de ellos es una restauración parcial de la visión en un ojo con una retina dañada al impartir propiedades sensibles a la luz a las células restantes no sensibles a la luz (hay experimentos exitosos en animales). Al recibir señales eléctricas provocadas por la luz incidente, el cerebro pronto aprenderá a trabajar con ellas e interpretarlas como una imagen, aunque de calidad inferior.

Otra aplicación es trabajar con neuronas directamente en el cerebro utilizando guías de luz en miniatura. Al activar diferentes neuronas en el cerebro de los animales con la ayuda de un rayo de luz, es posible rastrear qué respuestas de comportamiento causan estas neuronas. Además, la intervención "ligera" en el cerebro puede tener un valor terapéutico en el futuro.