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EL FUTURO DE LA NEUROCIENCIA

La imagen de nuestro cerebro
Debo admitir que cuando se me ocurrió escribir este capítulo, mi mente pensó inmediatamente «¿Se podría trasplantar mi cerebro a un robot para que pueda vivir más tiempo?». Cuando hice el llamamiento para que la gente sugiriera preguntas sobre neurociencia, me tranquilizó ver que otras personas también se hacían esta misma pregunta. «Al menos no seré el único robot humanoide en el futuro», pensé. Con esta idea en mente, ¿será posible almacenar nuestros recuerdos, pensamientos y personalidades en un cerebro sintético informatizado, de modo que cuando nuestros cuerpos mueran, sigamos teniendo una versión de nosotros mismos que siga «viviendo»? Si es así, ¿qué aspecto tendría y cómo podríamos empezar a crear esa tecnología? En un futuro, ¿tendremos realmente la capacidad de lograr esto?


Empecemos con la idea de construir un cerebro sintético que almacene todas nuestras experiencias vitales y nuestra personalidad. Habría que hacer un duplicado informático donde se pudiera almacenar toda esta información. Uno de los grandes hitos para hacer realidad este futuro es escanear y esquematizar con precisión nuestro cerebro. El cerebro humano tiene entre 88 y 100 mil millones de neuronas, cada una con miles o decenas de miles de sinapsis, lo que supone 1.000.000.000.000.000 de conexiones que hay que cartografiar (un cuatrillón). Si incluimos las células cerebrales que no son neuronas, como las células gliales – de las que tenemos hasta cinco veces más que de neuronas – la cosa se complica aún más, y ni hablar de las interneuronas, una especie de intermediario entre dos neuronas. Todo esto tendría que ser mapeado y visualizado para entender y reproducir un cerebro humano. Entonces, solo necesitamos un mapa gigante ¿no? Pues…sí y no.

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Ver para creer
Un área vital que mejorará en el próximo siglo es la tecnología que permite a los científicos visualizar lo que ocurre dentro de una neurona. Nuestros microscopios más potentes, como los de electrones y los de excitación de dos-fotones (este último es el microscopio de referencia, que consiste en disparar un láser para iluminar o dar fluorescencia a las neuronas), requieren que las células permanezcan perfectamente inmóviles, por lo que no pueden no estar vivas. Los tejidos vivos pueden visualizarse, pero generalmente se obtienen imágenes lentas con una resolución inferior a la ideal. [a]

Sin embargo, técnicas de imagen que pudieran visualizar células cerebrales vivas en tiempo real, para la observación de la actividad en los receptores e interacción de proteínas con medicamentos, supondrían un gran avance que podría permitirnos ver exactamente cómo funciona un fármaco.


Las técnicas de imagen más novedosas y específicas que permiten marcar partes concretas de las células cerebrales también permitirían a los investigadores seguir los cambios a lo largo del tiempo en múltiples regiones del cerebro. Podríamos aplicar ingeniería inversa a esta información para comprender qué ocurre en el cerebro cuando se desarrolla una enfermedad – procesos que son difíciles de estudiar y que aún no se han explorado del todo. Los microscopios actuales tienen que elegir entre una mayor calidad de imagen con un tiempo de procesamiento y una velocidad de fotogramas lentos, o una imagen más rápida y profunda con una menor resolución. Las imágenes del futuro tendrán que combinar ambas propiedades y limitar las desventajas. El laboratorio de investigación de Alipasha Vaziri, con sede en Nueva York, está tratando en este campo mediante el desarrollo de una técnica de microscopía de tres fotones que puede tomar imágenes a mucha más profundidad que la estándar de 1 mm. [b][2] Son capaces de grabar desde 12.000 neuronas simultáneamente, todo ello mientras el animal se mueve e interactúa con su entorno, lo que permite a los investigadores estudiar cómo cambia el cerebro cuando se altera su comportamiento. Un logro realmente asombroso.


Estas imágenes con súper resolución crearían tantos datos que podrían ser difíciles de procesar para los ordenadores estándar. Por lo tanto, las nuevas mejoras en estas áreas dependerían de la innovación conjunta en tecnología, microscopía, software informático e inteligencia artificial (IA) para procesar la información obtenida de dichas imágenes. Es posible que los avances en neurociencia se acompasen a estas innovaciones tecnológicas. 


En 2019, un equipo de investigación del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT por sus siglas en inglés) se asoció con el científico Eric Betzig, ganador del premio Nobel, y su laboratorio para mejorar la resolución de la microscopía deforma asombrosa en la visualización de neuronas, para lo que decidieron volver a analizar el cerebro de – lo has adivinado – nuestra mosca de la fruta favorita. [3] Inventaron una técnica llamada microscopía de expansión, que básicamente significa que las neuronas del cerebro se hinchan con líquido y expanden para aumentar el tamaño y poder crear imágenes tridimensionales. Las imágenes producidas con esta técnica fueron revolucionarias y permitieron a los investigadores acercarse a neuronas y sinapsis, donde pudieron contar hasta 40 millones de sinapsis. Esto es absolutamente increíble. Es como fotografiar una aguja en un pajar. Bueno, 40 millones de agujas en un montón de pajares. Si esos pajares cupiesen en la yema del dedo.


En el futuro, esta microscopía avanzada podría combinarse con la realidad virtual para permitir a los científicos visualizar todas las conexiones cerebrales (con el uso de unos cascos 3D se podría caminar literalmente por el cerebro). Sin embargo, en la actualidad esta nueva técnica tiene inconvenientes, hay partes específicas de las células cerebrales que no son fluorescentes o no les gusta el proceso de expansión física. Estas limitaciones se abordarán en futuros estudios a medida que avancemos en el conocimiento de estas técnicas.


[a] La mejora de la microscopía de dos fotones, por un equipo estadounidense que trabaja con animales vivos, ha mostrado [1] impresionantes mejoras mediante el uso de FACED (free-space angular-chirp-enhanced delay, en castellano retardo mejorado con chirp angular en espacio libre), que registra las neuronas con una resolución de imagen tan alta como para poder ver las señales eléctricas. Sin embargo, solo penetra 1 mm en el tejido cerebral, por lo que no puede llegar a zonas más profundas.


[b] El equipo de investigación es pionero en la microscopía HyMS (microscopía óptica híbrida multiplexada) en cerebros de animales vivos para observar cómo cambian cuando los animales interactúan con su entorno.
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¿Podemos almacenar nuestros recuerdos?

Volvamos a la construcción de un cerebro informatizado. El principal problema de observar las células del cerebro humano es que se tienden a morir en el proceso. Las células tienen que ser estables e inmóviles para que podamos obtener imágenes claras en el laboratorio (diferente a los escáneres cerebrales en un hospital que observan todo el cerebro, en lugar de solo unas pocas neuronas diminutas). Una forma de superar este problema, al menos en los laboratorios actuales, es utilizar cerebros de recién fallecidos. Otra forma, más gráfica, es esperar hasta el momento en que la persona está a punto de fallecer, para preservar el cerebro. Acabará siendo fatal, pero, no obstante, la información se obtendría de un cerebro vivo. Una empresa llamada Nectome está haciendo precisamente algo similar. Voluntarios con enfermedades terminales optan por preservar sus cerebros con la intención de almacenar sus células cerebrales, y por lo tanto sus recuerdos, en condiciones casi perfectas, esencialmente se congela su cerebro en el tiempo. Nectome está a la vanguardia de un campo completamente nuevo de la neurociencia experimental llamado conservación de la memoria. En 2018, y apenas unas horas después de la muerte, se extrajo un cerebro humano y se preservó utilizando la nueva técnica de Nectome con éxito. Demostrando que el método funcionaba. [4] El propio cerebro se utilizará para nuevos estudios para perfeccionar el proceso de almacenamiento para otras personas.

Para llevar a cabo este nuevo tipo de conservación, Nectome ha desarrollado una solución química a base de glutaraldehído para fijar el cerebro y todas sus estructuras microscópicas en su lugar y que las generaciones futuras puedan descodificarlo. Esto no es una tarea fácil si se tiene en cuenta que hay al menos 300.000 moléculas en cada sinapsis, y no tenemos ni idea de cuáles son funcionalmente relevantes en los recuerdos o cómo las utiliza la célula para el almacenamiento de la memoria a largo plazo. Los neurocientíficos ya pueden preservar el tejido cerebral, pero el proceso causa demasiado deterioro y no se acercaría al nivel necesario para que un cerebro humano sea de alguna utilidad en el futuro. Por eso el novedoso enfoque de Nectome es tan emocionante.

El ambicioso objetivo de la empresa es conservar los cerebros para cuando llegue el momento en que puedan volver a la vida de una forma u otra. Sin embargo, muchos científicos creen que el poder reanimar un cerebro humano, incluso dentro de un siglo, es poco realista. Todavía tenemos muy poco conocimiento de cómo está conectado el cerebro. Aún contando con un conectoma, este mapa cerebral no será necesariamente suficiente para enseñarnos como extraer y descifrar la información del cerebro. Sin embargo, Nectome subraya que se centran esencialmente en la conservación a largo plazo del tejido cerebral. Se dedican a conservar las conexiones, las sinapsis y los axones que son la base (al menos hasta donde sabemos) del almacenamiento de la memoria, y por el momento no intentan reanimar el cerebro.

Muchas preguntas sobre los aspectos específicos sobre la formación de la memoria siguen sin resolverse, por lo que es poco probable que la personalidad y el comportamiento puedan identificarse y almacenarse en un futuro avatar a corto plazo. Las preguntas clave continúan desalentadoramente sin respuesta. Si pensamos en el Capítulo 1, donde exploramos el proceso de formación de la memoria, uno de los desafíos de decodificar los recuerdos es cómo se almacenan en todo el cerebro los pequeños detalles de cada uno de ellos. Un solo recuerdo puede estar formado de conexiones con nuestras áreas emocionales, áreas visuales, áreas lógicas y muchas otras. Por ejemplo, sería un solo receptor o canal iónico responsable de recordar el momento en el que una vez te reíste de un chiste, de los sentimientos de empatía que tuviste por una persona querida o de apreciar una pintura que viste en un museo. Aún más intrigante – si comprendemos estos cambios, ¿podríamos borrar los recuerdos que no queremos? Es posible que desees recordar una experiencia feliz en un parque temático, por ejemplo, pero no la parte en la que acabas vomitando después de haber bajado de una de las atracciones.

Lo que es más plausible es que aprendamos a «leer» algunos de los datos del cerebro a un nivel básico, como de qué década son los recuerdos, qué idioma hablaba una persona o una descripción vaga de un lugar visitado anteriormente. Esto es un desafío mayor de lo que parece porque un recuerdo no se almacena como un carrete de película o una imagen: en cambio, consiste en una colección de detalles de interacciones neuronales, cada una con sus propios cambios sutiles. Decodificar este conectoma requeriría una poderosa IA para aprender no solo cómo están conectadas las células cerebrales, sino por qué están conectadas. Para resolver este problema, se podría colocar en la persona un casco inalámbrico, conectado con una IA avanzada, durante meses antes de que el cerebro se someta al proceso de conservación. La información sería de crucial ayuda para decodificar el conectoma, para reanimar las vías cerebrales en un cerebro sintético o «reiniciar» el cerebro orgánico original.

Supongamos que es posible recuperar recuerdos de un cerebro después de la muerte cerebral. Dependiendo de cuánto tiempo haya estado muerto el cerebro, puede ser posible almacenar nuestros recuerdos post mortem, se podría utilizar para resolver crímenes accediendo a los últimos recuerdos antes de un asesinato. O quizás algún día descargaremos recuerdos de personas vivas, usando un dispositivo inalámbrico como prueba en un juicio penal. Con el tiempo, el mercado de masas utilizará esta tecnología y, con ella, creará un futuro en el que podamos recordar nuestros propios recuerdos a voluntad, utilizando un dispositivo inalámbrico para identificar un recuerdo feliz, acceder a instrucciones para llegar a un lugar una vez visitado o una simple lista de la compra.

Futuras investigaciones científicas y los productos de la neurociencia con mucha probabilidad se moverán en la dirección de la tecnología no invasiva. Hoy en día, nuestros datos más fiables provienen de electrodos implantados quirúrgicamente en el cerebro. A menudo, estudios actuales reclutan a personas que tienen implantes de electrodos para tratar ataques epilépticos y minimizar los procedimientos invasivos en personas que no precisan de estos implantes. Aunque muy lentamente, nos estamos moviendo hacia un futuro que podría detectar cambios cerebrales de forma inalámbrica, como veremos a continuación.

¿Por qué no leer el libro completo?

 

Un Millón de Preguntas Para Un Neurocientífico – descubriendo el cerebro (Dr Mike Tranter)

Referencia:

 

1.  Wu, et al. (2020). Kilohertz two-photon fluorescence microscopy imaging of neural activity in vivo. Nature Methods; 17 (3).
2.  Weisenburger, et al. (2019). Volumetric Ca2+ imaging in the mouse brain using hybrid multiplexed sculpted light microscopy. Cell; 177 (4).
3.  Gao, et al. (2019). Cortical column and whole-brain imaging with molecular contrast and nanoscale resolution. Science; 363 (6424).
4.  White, et al (1971). Primate cephalic transplantation: neurogenic separation, vascular association. Transpl Proc; 3.

 

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