Las nuevas tecnologías arrojan luz sobre el gran misterio por resolver de la biología: el verdadero funcionamiento del cerebro
Las nuevas tecnologías arrojan luz sobre el gran misterio por resolver de la biología: el verdadero funcionamiento del cerebro.
Mapeando el cerebro
En el Centro de Imágenes Biomédicas Martinos, un ingeniero lleva puesto un casco con sensores para la realización de una exploración cerebral que consume casi tanta energía como un submarino nuclear. Unas antenas captan las señales emitidas cuando el campo magnético del escáner excita las moléculas de agua del cerebro. Unos ordenadores convierten los datos en mapas del cerebro como el que se muestra en la imagen siguiente.
El color del pensamiento
Las diversas regiones del cerebro están conectadas por unos 160.000 kilómetros de fibras (una longitud equivalente a cuatro veces la circunferencia de la Tierra) que constituyen la denominada sustancia blanca. Imágenes como esta, tomada en el Centro de Imágenes Biomédicas Martinos, revelan por primera vez las rutas específicas relacionadas con determinadas funciones cognitivas. Los haces coloreados en rosa y naranja, por ejemplo, transmiten señales de importancia crítica para el lenguaje.
Incisiones críticas
Mientras extirpaba partes del tumor, Fortin aplicaba una corriente a la región para determinar si las neuronas adyacentes tenían una participación crítica en el movimiento. «Este paciente conservaba gran parte de su función motora –dice Maxime Descoteaux, una de las científicas de la Universidad de Sherbrooke que tomó las imágenes del cerebro–. Por eso, en este caso el cirujano fue más conservador que agresivo.»
Anatomía de un misterio
Las nuevas tecnologías permiten a los científicos desentrañar la estructura oculta del cerebro. Un detalle en alta resolución de la imagen anterior revela fibras de sustancia blanca dispuestas en una misteriosa estructura reticulada, como los paralelos y meridianos de un mapa
El brillo de la memoria
Cuando formamos un recuerdo, «hay un cambio físico en el cerebro», dice Don Arnold, de la Universidad del Sur de California. Los puntos rojos y verdes de las ramificaciones de esta neurona de rata muestran los puntos de contacto con otras neuronas. A medida que se forman recuerdos, surgen puntos nuevos y los antiguos se desvanecen.
Visto de cerca
Doscientas secciones de un trozo de cerebro de ratón, cada una de menos de una milésima del grosor de un cabello humano, están listas para ser fotografiadas a través de un microscopio electrónico. Dispuestas una encima de otra, 10.000 de esas microfotografías forman un modelo tridimensional del tamaño de un grano de sal (entre las pinzas).
Cuando la paciente Hawkins vuelva a tener un ataque, los electrodos señalarán su origen, lo que permitirá a los neurocirujanos determinar el área de tejido que deben extirpar. Los electrodos también ofrecen una oportunidad excepcional de observar la actividad de las neuronas que funcionan normalmente, y fue así como se descubrieron las células nerviosas que responden a rostros específicos.
Atención a las neuronas
En el Centro Médico para la Neurociencia de la UCLA, los científicos implantan electrodos en el cerebro de pacientes epilépticos, como Crystal Hawkins.
Sin margen de error
La extirpación de tumores cerebrales es un procedimiento de riesgo, ya que el cirujano debe eliminar tanto tejido tumoral como sea posible sin destruir tejido nervioso esencial para funciones tales como el habla, la vista y la memoria, ni el tejido conjuntivo entre las neuronas. David Fortin (en el centro, a la derecha), neurocirujano de la Universidad de Sherbrooke, en Canadá, realiza una intervención quirúrgica utilizando un mapa de alta resolución del cerebro del paciente para evitar complicaciones.
Una mano guiada
Las imágenes cerebrales de un paciente de Fortin demostraron que había un tumor (en rojo) en la región que controla el movimiento de las manos y los pies.
Iluminar el camino
Un equipo de científicos del Janelia Farm Research Campus, un centro de investigación del Instituto Médico Howard Hughes, ha añadido a las neuronas de un pez cebra un gen que provoca una emisión de luz cada vez que la célula envía una señal. Como los peces cebra son transparentes, los científicos pueden observar la «brillante» actividad neuronal de la mayoría de las 100.000 neuronas presentes
Visto de cerca
Dispuestas una encima de otra, 10.000 de esas microfotografías forman un modelo tridimensional del tamaño de un grano de sal. Visualizar un cerebro humano con tanto detalle requeriría una cantidad de datos igual a todos los textos de todas las bibliotecas del mundo.
Van Wedeen se acaricia la barba entrecana y se inclina hacia el monitor del ordenador, mientras desplaza el puntero por una cascada de archivos. Estamos en una bi¬¬¬blioteca sin ventanas, rodeados de cajas llenas de cartas antiguas, viejos ejemplares de boletines científicos y un anticuado proyector de diapositivas que nadie se ha decidido a tirar. «Me llevará un momento localizar su cerebro», dice.
Wedeen tiene almacenados en un disco duro cientos de cerebros –imágenes en 3D, exquisita-mente detalladas, de cerebros de monos, ratas y humanos, entre ellos el mío–, y me ha ofrecido un recorrido guiado por el interior de mi cabeza.
«Iremos a todos los lugares más turísticos», me promete con una sonrisa.
Es mi segunda visita al Centro de Imágenes Biomédicas Martinos, situado en el puerto de Boston. La primera vez, hace unas semanas, me ofrecí al equipo de Wedeen como cobaya para una investigación neurocientífica. En la sala del escáner, me recosté sobre una camilla dura, con la parte posterior de la cabeza apoyada sobre una caja de plástico abierta. Un radiólogo me puso sobre la cara un casco blanco también de plástico, con dos orificios a través de los cuales pude seguir sus movimientos. Me ajustó bien el casco para que las 96 antenas diminutas que contenía estuvieran cerca de mi cerebro y pudieran captar las ondas de radio que estaba a punto de emitir. Mientras la camilla se deslizaba hacia las fauces cilíndricas del escáner, pensé en El hombre de la máscara de hierro.
Los imanes a mi alrededor empezaron a zumbar y a emitir pitidos. Durante una hora permanecí inmóvil y con los ojos cerrados, tratando de pensar en cosas que me ayudaran a mantener la calma. No fue fácil. Para lograr la mayor resolución posible, Wedeen y su equipo habían diseñado el aparato con muy poco espacio interior, apenas suficiente para albergar a una persona de mi tamaño. Para no sumirme en el pánico, mantuve la respiración regular e intenté transportarme mentalmente a lugares que guardaba en la memoria. Por ejemplo, me acordé de una vez que había llevado a mi hija de nueve años a la escuela sorteando montones de nieve después de una tormenta.
En Europa existe un esfuerzo similar financiado por la Comisión Europea llamado Proyecto Cerebro Humano (HBP), en el que participan 15 países
Mientras estaba ahí tumbado, reflexioné sobre el hecho de que todos esos pensamientos y emociones eran el producto del trozo de carne de casi un kilo y medio que estaba siendo objeto del estudio: mis miedos, transmitidos por impulsos eléctricos que convergían en un pedazo de tejido en forma de almendra llamado amígdala, y la reacción para aquietarlos, activada y dirigida desde regiones de la corteza frontal. Y el recuerdo del paseo con mi hija, coordinado por una estructura llamada hipocampo, un montón de neuronas en forma de caballito de mar, que había reactivado una vasta red de conexiones a través de mi cerebro, tendida por primera vez cuando caminé entre la nieve y almacené aquel momento en la memoria.
Me estaba sometiendo a ese estudio como parte del reportaje que estaba realizando por todo Estados Unidos para documentar una de las grandes revoluciones científicas de nuestro tiempo: los asombrosos avances en la comprensión del funcionamiento del cerebro humano. Algunos neurocientíficos estudian la delicada y sofisticada estructura de las células nerviosas, o neuronas. Otros se ocupan de cartografiar la bioquímica del cerebro, para determinar de qué manera nuestros miles de millones de neuronas producen y emplean miles de proteínas diferentes. Y otros, como Wedeen, crean representaciones increíblemente detalladas del «cableado» cerebral, esa red de unos 160.000 kilómetros de fibras nerviosas que constituyen la sustancia blanca y que conecta los diversos componentes del cerebro, dando origen a todo lo que pensamos, sentimos y percibimos. El Gobierno de Estados Unidos respalda esta investigación a través de la iniciativa BRAIN (siglas en inglés de «investigación del cerebro mediante neurotecnologías innovadoras y avanzadas»). La primavera pasada, el presidente Obama anunció que este proyecto a gran escala tiene como objetivo acelerar la confección de mapas del sistema de circuitos neuronales, «ofreciendo así a los científicos los instrumentos que necesitan para componer una imagen dinámica del cerebro en acción». En Al observar el cerebro en acción, los neurocientíficos pueden ver también sus defectos; de hecho, empiezan a identificar diferencias entre la estructura de un cerebro corriente y el de otro aquejado por trastornos como la esquizofrenia, el autismo o la enfermedad de Alzheimer. A medida que avancen en la confección de mapas cada vez más detallados del cerebro, es posible que puedan diagnosticar trastornos por sus manifestaciones anatómicas y quizás incluso lleguen a comprender su génesis.
En mi segunda visita al laboratorio, Wedeen localiza finalmente la imagen de mi sesión en el escáner. Mi cerebro aparece en el monitor. La técnica que utiliza, la resonancia magnética por difusión, interpreta las señales de radio emitidas por la sustancia blanca y produce un atlas de alta resolución de esa «internet» neurológica. El escáner traza el mapa de los haces de fibras nerviosas que forman cientos de miles de rutas para transportar la información de una parte a otra del cerebro. En el ordenador se aplica a cada ruta un color, de tal manera que mi cerebro parece una explosión de pelos multicolores. Wedeen presta especial atención a determinadas rutas y me enseña, por ejemplo, algunos de los circuitos importantes para el lenguaje y otros tipos de actividad mental. Después borra temporalmente la mayoría de las rutas de mi cerebro, para que pueda apreciar con más facilidad la organización de las restantes. A medida que amplía la imagen, algo sorprendente cobra forma ante mis ojos. Pese a la increíble complejidad de los circuitos, todos ellos se entrecruzan en ángulo recto, como las líneas en una hoja de papel cuadriculado.
«Todo son cuadrículas», dice Wedeen.
Comentarios
Publicar un comentario