Apuntes científicos desde el MIT

Hace unas semanas recibí un mail de la revista QUO preguntándome cuáles eran según mi opinión, los tres grandes misterios científicos aún por resolver.

Con ello, y las respuestas de otros bloggers españoles, iban a preparar el dossier que ya podéis leer en esta dirección.

Claro… si te hacen elegir tres, y deben ser los principales… ¿tú que dirías? No es una pregunta retórica; mójate en los comentarios, e intenta ser un poquito más original de lo que fuimos nosotros.

Mis tres misterios

Yo reconozco que lo primero en que pensé fue cómo si ninguna de mis neuronas sabe quien soy, ni le importa, todas en conjunto son capaces de generar una ilusión de individualidad. El origen de la consciencia es uno de los grandes misterios de la historia, pero sólo en los últimos años hay un grupo de pensadores utilizando herramientas científicas para intentar esclarecerlo. Descartado el dualismo cuerpo-mente, ¿encontrarán algún proceso fisiológico esencial para la emergencia de la conciencia?

El segundo misterio es un clásico: “El origen del Universo”. Pero habiendo recibido el mail de Quo pocos días después de mi visita al cosmólogo Alan Guth, mi respuesta se transformó en el origen de las leyes de la física. Éste parece ser un misterio científico mucho más fundamental que el propio Big Bang. Sobre todo, porque resolverlo nos permitiría deducir todas las propiedades del Universo, incluido cómo y porqué se inició. Moderemos nuestro optimismo; no lo comenté en el post anterior, pero entre monopolos magnéticos y ondas gravitacionales, Guth me dijo que sobre el origen del Universo existían por lo menos algunas hipótesis especulativas, pero sobre el origen de las leyes de la física no había siquiera nada publicado.

El típico tercer misterio ronda alrededor cómo átomos y moléculas inorgánicas lograron ensamblarse hasta formar una estructura estable, que metabolizara energía del exterior, y que empezara a reproducirse transmitiendo información a sus descendientes: "El origen de la vida" en la Tierra. Pero este misterio siempre me ha escamado… primero porque no veo cómo experimentalmente se podría averiguar el origen preciso de la vida en nuestro planeta. Y segundo, porque cada vez es menos misterio. Si algo está sugiriendo la ciencia en los últimos años, es que la vida no es un proceso bioquímico tan complejo como nos pensábamos. Dale tiempo y una condiciones determinadas, y la vida aparecerá y desaparecerá varias veces. Para mi el verdadero misterio no es el origen de la vida basada en agua y enlaces de carbono tal y como la conocemos; seguro que el Universo está plagado de ella y antes de un par de décadas habremos descubierto algún planeta extrasolar con indicios de vida. El misterio es saber qué formas de vida totalmente diferente a la nuestra podrían haber ahí fuera.

Con matices, pero al fin y al cabo, los típicos tres orígenes: la vida, la mente, y el Universo.

Cierto que en cuanto a misterios, posiblemente son los tres más grandes que la ciencia puede abordar. Pero… qué poca originalidad, no? Y sobre todo… qué alejado de la vida cuotidiana!

Por eso reformulo la pregunta, y la lanzo en busca de ideas más frescas: ¿Qué incógnita os gustaría que la ciencia resolviera?

(sugiero no pasarnos de metafísicos, y recordar a Popper con su idea de que una pregunta sólo es científica cuando permite plantear experimentos que puedan refutarla)

Conozcamos a los otros bloggers

Jose Manuel Nieves, blogger de ABC.es, se pregunta por la naturaleza del tiempo, el por qué siempre fluye en una única dirección, y si habrá alguna partícula que haga lo contrario.

Wicho (Javier Pedreira) de Microsiervos sabe que algún día nos tocará abandonar la Tierra, y le gustaría saber si eso de no poder superar la velocidad de la luz es tan inflexible como apunta la –válida por el momento- teoría de la relatividad.

Antonio de Fogonazos plantea como primera incógnita científica a resolver, el eslabón pendiente para entender el Universo, ¿qué es la gravedad, hay alguna partícula a la que esté asociada, y cómo se cohesionan relatividad general y mecánica cuántica?

El Maikelnai’s Miguel Artime también busca el gravitón y el origen de la vida. Pero aporta un sentido de realismo, sale de su tokomak, y opina que con la crisis energética que nos acecha averiguar cómo conseguir contener el plasma en reactores de fusión nuclear es uno de los misterios más urgentes a resolver.

Los enigmas preferidos de El Paleofreak están entorno a la vida ¿Cómo se originó aquí en la Tierra? ¿estamos solos en el Universo? ¿Cuántos planetas allí fuera estarán habitados? ¿albergarán vida inteligente?

Javier Armentia de Por la boca muere el Pez quiere que la ciencia le de respuesta a cómo estas máquinas biológicas se convirtieron en humanos conscientes y aparentemente libres, para así poder desterrar otras explicaciones basadas en creencias.

Ambrosio Liceaga, ciencia de bolsillo, bordea la ciencia ficción al buscar maneras de ver el pasado e insinúa que unos habitantes del futuro podrían estar observándonos.

A Martín Cagliani de Mundo Neandertal le intriga que el cerebro sepa codificar la información que recibe del exterior y guardarla en forma de recuerdos. Realmente, es asombroso.

Sergio Parra, geociencia, también recurre a la ciencia para buscar respuesta en el clásico misterio del determinismo. ¿existe o no la libertad? A pesar del papel que juega el azar a escala atómica ¿continúa válida la interpretación de que todo acontecimiento físico está determinado por una inflexible cadena causa-consecuencia?

La Aldea irreductible de Javier Peláez se prepara para la llegada de máquinas verdaderamente inteligentes, y se cuestiona cómo vamos a tratar esta tan nueva situación.

Sergio Palacios de Física en la ciencia ficción quiere confirmaciones de las hipótesis más rocambolescas de la física teórica. Según la relatividad general podrían existir agujeros de gusano; si la teoría de cuerdas es cierta habría universos paralelos, y si algún día entendemos qué es la energía oscura quizá descubramos que la fuerza de la gravedad también puede tener su versión repulsiva.

La ciencia Kanija que preocupa a Manuel Hemán es de lo más robusta: ¿Qué es el tiempo y de dónde surge? ¿Qué son –si es que existen- la materia y la energía oscura? ¿es la vida algo común en el Universo?

Fernando del Álamo, historias de la ciencia, tampoco se anda con rodeos: El origen del universo, de la vida, y de la conciencia humana, son misterios que de resolverse cambiarían radicalmente nuestra concepción de nosotros mismos y nuestro lugar en el Universo.

La pizarra de Yuri apunta que según la teoría de la información cuántica, todo lo que existe y ha existido en el universo deja una traza indeleble en el tejido del cosmos. Cuáles son los límites de esta memoria cuántica constituye una de las grandes preguntas todavía sin respuesta.

Aquí tenéis enlaces e ideas a explorar. Pero si puede ser, hacedlo después de haber compartido primero las vuestras propias.

Este texto es en realidad un reto para ver si a pesar de las vacaciones logramos encontrar algún físico que sea capaz de interpretar el video que os muestro a continuación, donde el cosmólogo y autor de la teoría del Universo Inflacionario Alan Guth nos intenta explicar en su pizarra del MIT cómo el Universo podría ser infinito.

No, no… no digo infinito en el sentido que se expandirá por siempre. Me refiero a infinito es su esencia; infinito ahora, en el futuro, y a los pocos segundos después del Big Bang.

“En realidad lo más misterioso no es el origen del Universo, sino el origen de las leyes fundamentales de la física”, me dijo Alan Guth cuando lo visité en su despacho hace unas semanas. “Si algún día somos capaces de entender matemáticamente porqué las leyes de la física son las que son, y no otras, seguro que averiguaremos porqué hay algo en lugar de nada, y cómo apareció este Universo”, continuó Guth mostrando la cara más teórica de la cosmología; la que incluso alberga cierta desconfianza con las observaciones astronómicas porque “los datos experimentales pueden equivocarse, pero las matemáticas son exactas”. Astrofísicos, no os sulfuréis… ;)

El Origen del Universo

Cuando empecé preguntándole por el origen del Universo hace 13.7000 millones de años, en seguida aclaró el equívoco que le acompaña desde que en 1979 desarrolló su teoría de la inflación cósmica: “yo no investigo el origen del Universo, sino una etapa concreta que ocurrió dentro del primer segundo tras el Big Bang, pero una vez el Universo ya existía”.

Es que vaya tela con el primer segundo de vida del Universo…

Sobre lo ocurrido durante los primeros 10^-43 segundos (0,00000000000000000000000000000000000000000001 seg.) después del Big Bang, en la llamada época de Planck, no merece la pena que conjeturemos mucho. Existen algunas hipótesis sobre qué pudo pasar en esa singularidad de densidad y temperatura teóricamente infinitas, pero por el propio principio de indeterminación de la mecánica cuántica y la inexistencia de un modelo matemático que combine relatividad y cuántica, los físicos no pueden ni siquiera hacer predicciones teóricas. Todo apunta a que el origen del Universo continuará siendo un misterio por mucho tiempo.

Pero pasados estos primerísimos instantes iniciales, los cosmólogos ya se atreven a describir una secuencia de fases concretas:

Tras la época de Planck llegó la era de la Gran Unificación. En esos momentos las 4 fuerzas fundamentales (gravedad, electromagnetismo, nuclear fuerte y nuclear débil) se encontraban unidas en única fuerza electronuclear. Al principio de la Gran Unificación se separó la gravedad, y a continuación la interacción nuclear fuerte.

Después de esto, a los 10^-36 segundos después del Big Bang llegó una breve etapa inflacionaria en la que el espacio se expandió exponencialmente con una rapidez extrema. Éste es justo el momento que estudia Alan Guth. Merece la pena recalcar que esta expansión no significa que la materia se alejara entre ella a gran velocidad como si fueran fuegos artificiales, sino que el propio espacio que la contenía se expandía internamente de una forma inconcebible, como si inflaras un globo. Durante las ínfimas fracciones de segundo que duró la época inflacionaria, el tamaño del Universo se multiplicó por un factor de más de 10⁷⁰ veces, y nacieron las primeras partículas (quarks, anti-quarks y gluones). Enseguida comenzó la época electrodébil en que se separaron la fuerza nuclear débil y la electromagnética dejando ya establecidas las 4 fuerzas fundamentales que desde entonces rigen el Universo.

Hasta aquí, estas primeras etapas son más especulativas y existen ciertas discrepancias científicas, pero parece consensuado que a los 10^-12 segundos de su existencia el Universo ya era lo suficientemente frío como para permitir colisiones dentro del denso plasma de quarks, gluones y leptones (grupo de partículas como el electrón, el muón y los neutrinos), facilitando que los quarks se unieran formando protones, neutrones, y otras partículas subatómicas del grupo llamado hadrones. Cuando el Universo ya tenía un milisegundo de antigüedad los hadrones y antihadrones se desintegraron entre ellos dejando un misterioso residuo de hadrones (protones, neutrones…). Luego hicieron lo propio leptones y antileptones (electrones…). El Universo ya tenía un segundo de vida, y llegó la época de nucleosíntesis en la que se constituyeron los primeros núcleos completos de hidrógeno y helio, junto a sus respectivos isótopos. Pasados 3 minutos, el Universo ya se había expandido y enfriado hasta sólo 1.000 millones de grados centígrados y estaba constituido por un plasma de núcleos, electrones y fotones. Pero no fue hasta 380.000 años más tarde que la temperatura descendió lo suficiente como para permitir que los núcleos y los electrones se unieran formando los primeros átomos. El Universo se volvió transparente, los fotones pudieron escapar de ese denso plasma, y nacieron los primeros rayos de luz del cosmos. Lo que sigue es menos misterioso: Poco a poco estos átomos se fueron agrupando en ciertas regiones de un Universo que no paraba de expandirse, 100 millones de años más tarde la primera estrella empezó a brillar, se crearon galaxias, cúmulos de galaxias, planetas, sistemas solares y el Universo fue evolucionando hasta lo que conocemos ahora.

El Universo podría ser infinito

Estaba con Alan Guth hablando de esa época inflacionaria dominada por una especie de brutal fuerza de gravedad repulsiva, de cómo el descubrimiento de la expansión acelerada del universo debido a la enigmática energía oscura reforzó su teoría de la inflación cósmica, del impacto que tendrá descubrir o no ondas gravitacionales, y de cómo sus ecuaciones predicen que por indeterminación cuántica podrían haberse generado unas no-uniformidades que generaron perturbaciones en la estructura del Universo y terminaron causando el desequilibrio entre partículas y antipartículas, las anisotropías que vemos en la radiación de fondo, o que las galaxias se formaran en un lugar y no otro.

Entonces, le pregunté por mi obsesión sobre el tamaño del Universo, e intercambiamos algunas de las frases más surrealistas que recuerdo:

(podéis escuchar el diálogo aquí o youtube )

Pere: “Sobre el tamaño del Universo… ¿tenéis alguna pista?

A. Guth: “Podría ser infinito!”

P: “Esto es algo que he oído, pero no termino de entender… ¿Qué quieres decir por infinito?”

A.G: “je, je, je, je…. Well! Aaahh… deja que te dé dos diferentes explicaciones de cómo el universo puede ser infinito. La primera es el clásico modelo de Universo abierto. Hace mucho tiempo, antes incluso de la teoría inflacionaria, se observó que el universo era muy parecido en cualquier región donde miraras, y la gente empezó a construir modelos en los que el Universo era completamente homogéneo…. Y estos modelos son bastante precisos; todavía los utilizamos. Pero en estos modelos donde todo es homogéneo aparecen 3 posibles tipos de Universo: el abierto, el cerrado y el plano... El cerrado es finito. Pero el abierto y plano son… infinitos; el espacio simplemente se expande por siempre. No hay nada ilógico en pensar que el Universo continuará expandiéndose…

P: Pero…

A. G: Dime

P: ¿Infinito en el sentido que se expandirá para siempre, o infinito en el sentido de que… es… infinito?

A.G: Je, je… infinito en el sentido de que es simplemente infinito. Si empezaras a caminar estarías caminando por siempre.

P: Pero… entonces era infinito incluso durante sus primeros momentos de existencia?

A.G: Correcto! También podía ser infinito en sus primeros momentos…

P: Aaaaa…

AG: Incluso durante el Big Bang, el Universo podría haber sido infinito… según este punto de vista. ¡Pero hay otra posibilidad según la cual el Universo podría ser infinito!. Incluso si empezó siendo finito… hay maneras en que podría haberse llegado a ser infinito. Pero para esto mejor que te haga un dibujo.

Aquí Alan Guth se levantó en dirección a su pizarra, yo cogí mi teléfono recién estrenado, y grabé el siguiente video que os ruego busquemos a alguien para que nos lo interprete y traduzca a palabras llanas. Yo lo he intentado, y no hay manera.

Por favor, necesitamos algún físico que nos aclare esta inquietante duda: ¿es el Universo infinito?

(una vez resuelta, la publicaremos en un nuevo post o como nota al final de éste)

Conocer a Alan Guth fue como encontrarse frente a un científico salido de una película.

Ya se que a los investigadores no les gustan estos estereotipos, pero de verdad que Guth responde perfectamente a esa imagen de genio encerrado en su mundo matemático. Para estudiar el Universo no mira al cielo sino que lo describe con leyes, fórmulas abstractas y programas de ordenador. Tiene una inteligencia prodigiosa, es humilde, y su risa denota un sentido del humor muy peculiar… va en bicicleta hasta el MIT, lleva esas gafas tan características, tiene el despacho inundado de papeles y artículos científicos, es simpático, amabilísimo, y se muestra encantado de hablar contigo sobre su trabajo. Pero no hay quien le entienda. Habla con un lenguaje propio que parece nunca haya tenido necesidad de adaptar a personas que no sean sus estudiantes o compañeros físicos. Está en su mundo. Su mundo, que es el nuestro. Sólo que él lo observa con unos ojos menos limitados que los nuestros, y que le permiten regalarnos la posibilidad de seguir la aventura de descubrir la naturaleza más íntima de nuestro Universo.

Uno de los comentarios más oídos tras la victoria de la selección española en el Mundial es “¡qué bien le viene a Zapatero!”. La asunción detrás de esta frase es que la satisfacción por el título nos hace estar más contentos, olvidamos por un momento problemas como la crisis económica, percibimos el statu quo como más positivo, y por tanto tenemos mayor tendencia a votar a quien ya está en el poder.

Como hipótesis, parece lógica. Pero… ¿alguien la ha testado experimentalmente? Pues sí, y hace muy poco. En un estudio publicado el pasado 6 de julio en la revista PNAS, investigadores de la Universidad de Stanford quisieron comprobar si los resultados deportivos influían de alguna manera en elecciones políticas acontecidas pocos días después. Para ello, el grupo dirigido por Neil Malhotra analizó las victorias y derrotas entre 1964 y 2008 de 62 de los principales equipos universitarios de fútbol americano de EEUU, y vio que efectivamente, una victoria del equipo de la ciudad durante los 10 días previos a las elecciones locales (ya sea para elegir senador, gobernador o presidenciales) añadía 1.61 puntos porcentuales de votos al político que ya estaba en ese momento en el cargo. Es decir; una victoria del equipo local justo antes de las elecciones sí afectaba a los resultados, dando más posibilidades al partido o candidato que ya estaba en el poder. Además, el efecto observado era mayor cuanto más numeroso y devoto era el grupo de seguidores.

Los autores del artículo “Irrelevant events affect voters' evaluations of government performance” citan abundante literatura científica demostrando que nuestro estado emocional influye de manera indirecta en decisiones ante hechos aparentemente inconexos, pero querían comprobar hasta qué punto algo tan importante y aparentemente reflexionado como la decisión de un votante se veía condicionada por estados anímicos derivados de un suceso tan anecdótico y desvinculado como la victoria o derrota del equipo deportivo local. Al parecer, nuestro subconsciente no los percibe como hechos tan aislados.

Para corroborar sus resultados, en 2009 los investigadores entrevistaron a más de 3.000 personas durante el torneo universitario de basketball. Tras una victoria o derrota inesperada, preguntaban a los seguidores su grado de satisfacción con la gestión del presidente Obama. Efectivamente, tras la victoria de su equipo favorito la valoración de Barack Obama era 2.3 puntos más positiva que tras una derrota.

Cierto que éste es un efecto temporal; los investigadores observaron que si las victorias del primer estudio se producían más de dos semanas antes de las elecciones locales, el efecto desaparecía por completo.

Pero bueno; también la magnitud de ganar un mundial es tremendamente mayor que la victoria de tu equipo de fútbol americano universitario.

Por tanto, aunque ya lo sospechabais, ahora podéis incluso decir que está científicamente demostrado: si las elecciones en España fueran dentro en una semana, Zapatero tendría más posibilidades de ser reelegido.

Os escribo desde Montreal, entre experimento y experimento en un laboratorio de neurobiología de la Universidad de Concordia. ¿Qué hago aquí? Ver cómo estimulan el clítoris de ratitas para investigar los mecanismos fisiológicos de la excitación sexual femenina.

¿De qué rincón escondido de mi cerebro salió la idea? Ya querría yo saberlo... Quizá alguno de vosotros recuerde un post de hace año y medio donde describía mi encuentro fortuito con Mayte Parada en un congreso de neurociencia. Mayte me explicó que estaba estudiando si a sus ratitas les gustaba realmente que les estimularan sus clítoris con un pincel, y si preferían roces constantes durante un minuto, o breves contactos intercalados cada 5 segundos. (ya te avanzo que lo segundo sí).

Cómo… ¿que para qué sirve esto? Pues para tener un modelo animal con el que estudiar los circuitos hormonales y nerviosos de la respuesta sexual femenina.

No te sulfures; lo extraño es que nadie lo hubiera hecho antes. Sobre todo después de tantos años investigando lo mismo pero en excitación y erección masculina.

De acuerdo; tus quejas sobre hasta qué punto se pueden extrapolar estos datos a humanos son muy lícitas. Pero cuidado con este argumento; porque lo mismo podríamos decir de tantísimos modelos animales utilizados para investigación básica en la memoria, adicción, alzheimer, estrés… ¿por qué el sexo debería ser diferente?

Sí; todos estamos de acuerdo en que el comportamiento sexual de ratas y humanos es muy diferente. Pero recuerda que hay cosas en las que la selección natural no se la juega, y la reproducción es una de ellas. Existen circuitos cerebrales primitivos, señales químicas, y aspectos fisiológicos básicos asociados al placer sexual que están evolutivamente muy conservados tanto en ratas, macacos, lagartos, como humanos.

¿Y qué? ¡Cómo que “y qué”! Pues que hay personas martirizándose porque creen que sus problemas de falta de deseo, o de no excitación física (ambas relacionadas pero tratadas por separado por muchos investigadores), dolores, anorgasmia… son culpa de su mente o falta de voluntad, cuando en algunas ocasiones dichos trastornos pueden tener un origen exclusivamente físico. Sin duda merece la pena ser investigado, y lo realmente extraño es que la ciencia no haya empezado antes a abordar a fondo este asunto (y algunas instituciones todavía no lo han hecho). No es mi intención ponerme serio hoy, pero quizá otro día si hablemos de la censura que grupos conservadores han hecho sobre estudios de comportamiento sexual (antecedentes en este artículo), o porqué en EEUU para conseguir financiación es mejor asociar el sexo a un contexto negativo que a otro positivo.

Pero sigamos con las ratitas de Mayte… Con el experimento que estaba realizando hoy, Mayte pretendía analizar el papel de un par de hormonas en la satisfacción sexual. Para ello provocaba primero que un grupo de ratas estuvieran receptivas a ser copuladas… ¿que cómo lo conseguía? Fácil: hace 48 horas les inyectó una dosis de estrógenos, esta mañana un poco de progesterona, y a las 4 horas su cuerpo cree estar en plena ovulación y las ratas se comportan con total predisposición a ser excitadas sexualmente.

Entonces Mayte las coge con cariño, les levanta la colita, y les acaricia el clítoris 3 o 4 veces con un pincel bien lubricadito. Las suelta, deja pasar 5 segundos, y repite la operación durante un minuto. A continuación las deja 2 minutos en una caja con un determinado color, textura, y olor, para que el animal asocie la experiencia a ese entorno concreto. Las saca, y repetirá todo el proceso 5 veces. Dejará pasar dos días, volverá a inyectar estrógenos, progesterona, y repetirá el experimento hasta que las ratitas hayan aprendido a asociar la estimulación clitoriana con esa habitación concreta. Finalizado el proceso, las volverá a meter en la caja pero esta vez abriendo una puertecita para que la rata pueda quedarse en esa habitación o ir a otra contigua si lo prefiere. El tiempo que pase en cada habitación indicará lo satisfactoria que le resultó la experiencia.

Te puede parecer extraño. Y de nuevo, tenemos permiso para ser suspicaces. Pero el Conditioned Place Preferente (CPP) es un método estandarizado y utilizado durante décadas en animales de laboratorio para establecer cuan satisfactorio ha sido un estímulo concreto.

La gracia del estudio de Mayte es que otro grupo de ratas sólo recibió inyección de estrógenos, y unos individuos controles ninguna de las dos hormonas. Como a diferencia de los humanos, las ratas sólo desean aparearse en el momento de la ovulación, Mayte pondrá a prueba el grado en que influye la progesterona en el deseo y satisfacción sexual.

Sí; lo se. Tienes preguntas más interesantes relacionadas directamente con la sexualidad humana. Yo también las tenía. De hecho, y recapitulando, estoy en Montreal porque en el encuentro de hace año y medio con Mayte me dijo que algún día debería hablar con su jefe, Jim Pfaus , “porque lo sabía todo sobre la ciencia del sexo”. Le puse a prueba hace unos meses cuando le llamé para preguntarle si las pupilas se podían dilatar de golpe en pleno orgasmo. La hora larga de conversación telefónica que mantuvimos sobre ello, sobre la científicamente absurda distinción entre orgasmo clitoriano vs vaginal, las vías de excitación de paralíticos en función del lugar de la lesión, el funcionamiento de la viagra, la influencia de Alfred Kinsey, la reciente integración de urólogos, psicólogos, psiquiatras, endocrinólogos e investigadores en el nuevo concepto de medicina sexual… fue tan apasionante, que cuando me invitó a visitar su laboratorio no dudé en prometerle que pronto lo haría. Aquí estoy en pleno turismo científico, y dispuesto a explorar un poquito más esta encrucijada que es el estudio científico del sexo. Empezamos con ratitas; pero enseguida llegaremos a los humanos…

La optogenética (manipular genéticamente neuronas específicas para que puedan ser activadas y desactivadas a voluntad con sólo enviarles luz azul o amarilla), es una de las técnicas más novedosas, revolucionarias, y espectaculares (ver ratón empezar a correr en círculos cuando la luz azul activa las neuronas de su córtex motor a las que les han insertado unos canales iónicos concretos) en el estudio del cerebro.

Miquel Bosch, neurocientífico del Picower Institute en el MIT, nos explica en qué consiste esta técnica, por qué es tan prometedora, y el último gran avance que supone combinar la optogenética con la resonancia magnética funcional (fMRI).

Que no os intimiden estos nombres tan raros. Dejaos embelesar por los prodigios que son capaces de realizar los científicos en sus laboratorios. Es alucinante.

LA OPTOGENÉTICA SE ENCUENTRA CON LA RESONANCIA MAGNÉTICA, por Miquel Bosch

Karl Deisseroth lo ha vuelto a hacer. Le ha dado una vuelta más de tuerca a la optogenética; esta fascinante técnica que está revolucionando el estudio del cerebro y que quizás pueda irrumpir algún día en la medicina como tratamiento personalizado para ciertas enfermedades neurológicas. En los círculos neurocientíficos se empieza a rumorear sobre un futuro premio Nobel para los inventores de esta tecnología. Lo que ha hecho ahora el equipo del Dr. Deisseroth en su laboratorio de la universidad de Stanford es conectar la optogenética con otra técnica emergente pero mucho más consolidada, la resonancia magnética funcional, y de paso, validar sus principios biológicos.

Control de neuronas con luz

Como ya se avanzó en un post anterior, la optogenética permite el control de la actividad neuronal con sólo encender o apagar una fuente de luz. El truco es insertar un gen procedente de un alga dentro de la población de neuronas que nos interese. Este gen, llamado channelrhodopsin 2, fabrica unos canales de iones que se abren y activan rápidamente la neurona cuando son iluminados con luz azul. El resultado es que podemos controlar los disparos de cada neurona mediante flashes de luz con una precisión de milisegundos.

En 2005 Deisseroth y colaboradores publicaron este hallazgo en Nature Neuroscience. A los dos años presentaron su alter ego, la halorhodopsin, otro canal iónico que permite precisamente lo contario, silenciar las neuronas al ser iluminadas, esta vez con luz amarilla. En 2009, basándose en la misma idea, publicaron en Nature dos nuevas proteínas modificadas genéticamente para modular la actividad de las células nerviosas pero de forma lenta y sutil, del mismo modo en que lo hacen los receptores de dopamina o de cafeína.

Los neurocientificos de todo el mundo se han lanzado como locos a utilizar estas herramientas para estudiar sus rincones favoritos del cerebro. Hay quien las está usado para estudiar la transición entre sueño y vigilia; otros han conseguido restablecer la visión en modelos de ceguera; se está probando también su aplicación para la epilepsia y el Parkinson.

Bases de la Resonancia Magnética funcional

No contentos con todo esto, el grupo del Sr. Deisseroth ha conseguido un nuevo reto: ha validado el mecanismo con el que suponíamos que funciona la resonancia magnética funcional (abreviada como fMRI). Con el escáner de fMRI podemos visualizar qué zonas específicas de nuestro cerebro están siendo activadas mientras realizamos alguna tarea cognitiva, como por ejemplo observar una cara, amar a Dios, o mentir. La señal que detecta el escáner es básicamente el aumento del flujo de sangre oxigenada. Se supone que las zonas del cerebro que trabajan más durante un proceso mental consumen más oxígeno y por tanto aumentan su flujo sanguíneo. Esta relación, sin embargo, no estaba demostrada en absoluto.

En este nuevo trabajo, Deisseroth y compañía inyectaron la channelrhodopsin en neuronas excitatorias de la corteza motora de ratones. Al iluminar estas neuronas con una fibra óptica, observaron la aparición de la señal de fMRI en la misma zona inyectada, con el típico retraso de 3-6 segundos -el tiempo que necesita la sangre para regar la región-. Al cabo de otros 5 segundos aparecía también una señal en el tálamo, que es precisamente uno de los sitios donde proyectan las neuronas motoras. Es decir, la técnica permite mapear todo el circuito y seguirle la pista a la activación de la red neuronal in vivo y en directo.

Las neuronas del tálamo, a su vez, envían la respuesta de vuelta a la corteza motora, pero a diferencia de la corteza sensorial, lo hacen de forma bilateral a los dos hemisferios. Esto se había pronosticado a partir de estudios anatómicos y electrofisiológicos pero nunca se había demostrado funcionalmente de forma tan directa. Lo han hecho con el experimento inverso: inyectaron el gen en el tálamo, lo irradiaron con luz azul, y apuntaron el escáner de fMRI a la corteza, donde efectivamente, detectaron actividad neuronal en ambos hemisferios motores.

Personalmente creo que la fMRI es una técnica utilísima pero que está teniendo demasiado “éxito” en neurociencia y en los medios de comunicación; se están sacando muchas conclusiones a la ligera y está despertando inquietantes intereses económicos, pendientes por ejemplo, de qué zonas del cerebro se activan mientras vemos determinado anuncio publicitario. En este sentido me tranquiliza que hayan demostrado una correlación causal entre la actividad neuronal y la señal hemodinámica del fMRI. Hay que recalcar que con estos experimentos no se demuestra que siempre que veamos actividad en el escáner de resonancia exista actividad neuronal real, pero sí lo contrario: si se activan las neuronas, las podremos ver mediante fMRI.

El mensajero glial

Pero ahí no se acaba la historia. Un estudio del grupo de Mriganka Sur, vecinos del Picower Institute en el MIT, ha desvelado la existencia de otra pieza clave en este puzzle. Entre las neuronas y los vasos sanguíneos se encuentra un tipo de célula glial llamada astrocitos. La glia (del griego: pegamento, unión) lleva a cabo muchas más funciones que no simplemente pegar las neuronas entre ellas. En realidad, según proclama Mriganka con contundencia en sus charlas, son los astrocitos los que generan la señal que vemos en el fMRI. Estas células tienen un pie en contacto con las neuronas y otro en los vasos sanguíneos circundantes. Aunque no tengan actividad eléctrica, se sincronizan fielmente con su neurona vecina y se activan (por entrada de calcio) unos 2-4 segundos después de ella. Seguidamente envían un mensaje a los vasos sanguíneos para aumentar el aporte de glucosa y oxígeno hacia las neuronas. Si se bloquean los astrocitos, desaparece la señal hemodinámica. Así pues, aunque las neuronas son las que hacen el trabajo intelectual, los astrocitos son los que controlan el metabolismo y, por tanto, los que deciden qué es lo que vemos a través del escáner. De todos modos, está claro que aún queda mucho por entender sobre la interacción entre neuronas, glia y vasos sanguíneos, y seguro que estas nuevas tecnologías de las que estamos hablando van a ayudar a hacerlo.

Dicho esto, y mientras estamos pendientes del próximo “producto” que la “factoría Deisseroth” lance al mercado, prepárense ustedes para una inminente explosión de artículos con descubrimientos sorprendentes hechos gracias a la optogenética y sus prolíficas aplicaciones.

La conclusión general de la encuesta que la revista Nature ha realizado a 1000 científicos sobre qué han dado de si estos 10 primeros años tras la presentación del primer borrador de la secuencia del genoma humano el 26 de junio de 2000 es: “hemos avanzado mucho en investigación básica, pero poquísimo se ha trasladado a la práctica médica. Hemos acumulado una enorme cantidad de información, y también vemos que interpretarla es más complejo de lo que pensábamos. La revolución pronosticada hace 10 años no ha llegado todavía; pero justo está empezando y en la próxima década sí esperamos que los descubrimientos tengan importante impacto clínico”.

Uno podría pensar: “¿Cómo vamos a confiar en vuestros augurios para la próxima década, tras reconocer que no cumplisteis las expectativas que anunciasteis 10 años atrás?”. Hay motivos para confiar que esta vez sí algo grande se aproxima.

El primero, que las expectativas no cumplidas no son tanto las que en su momento expresó la comunidad científica, como las que se inflaron al ser transmitidas a la sociedad. Pero lo más importante: se acerca el momento en que la información genética deje de estar en manos de los cuidadosos científicos, y se expanda por las consultas médicas o el disco duro de tu ordenador. “Me sorprendería mucho que dentro de 10 años, tu y yo –o cualquiera que tenga acceso al sistema sanitario- no tuviéramos nuestro genoma secuenciado. Los beneficios de conocer esta información serán enormes, y el coste se está desplomando”. Esta frase me dijo textualmente hace dos semanas Francis Collins, actual director del NIH y ex líder de la iniciativa pública del Proyecto Genoma Humano, durante una entrevista que le hice para El Mundo.

A continuación os transcribo dicha entrevista. En ella Collins asegura que sin la iniciativa privada de Venter el mapa del genoma se hubiera completado igualmente, que la existencia de patentes genéticas es un escollo a superar, que en realidad la medicina personalizada ya ha llegado, y que la actitud proactiva de los pacientes solicitando conocer su genoma es lo que podría marcar el verdadero punto de inflexión.

En una de esas preguntas que no encajan dentro de una entrevista formal le consulté: “Si supiera todo lo que sabe, pero en lugar de ser director del NIH fuera un inversor de riesgo privado, ¿apostaría su dinero a una empresa relacionada con la secuenciación del ADN?”. Su respuesta fue: “Sin duda! Invertiría en analizar genomas de células cancerígenas y proponer tratamientos específicos”

“LA MEDICINA PERSONALIZADA HA LLEGADO”

(entrevista a Francis Collins publicada en el suplemento Eureka de El Mundo)

Pere E.– ¿Estamos cerca de la medicina personalizada basada en la información genética?

Francis Collins.– Ya estamos inmersos en ella. Si en tu historial familiar hay antecedentes de cáncer de colon, ya puedes analizar tus genes para saber si estás en riesgo. Es sólo un ejemplo. En los últimos 10 años, hemos conocido las bases moleculares de más de 1.000 enfermedades raras, y localizado centenares de genes implicados en otras comunes, como la diabetes o el cáncer.

(*) Comentario: Francis Collins es bien consciente de las dificultades que tienen enfrente: falta poder de computación y software bioinformático, la información genética es más compleja de lo esperado, y capacitación de expertos y personal sanitario, entre otros. Pero se muestra optimista al ver el ritmo ascendente de los progresos. Y sobre todo, porque la misión –y recursos- que tiene como director del NIH es clara: trasladar todos estos esfuerzos de ciencia básica a la práctica clínica. En otoño se publicará un plan de ruta para marcar las pautas a seguir en esta dirección.

P.– ¿Es el cáncer el gran reto?

F. C.– El gran reto y la gran esperanza, y refleja perfectamente qué significa la medicina personalizada. El cambio más importante llegará con los tratamientos personalizados: si sufres un cáncer, veremos qué subtipo concreto de error genético lo provoca, y usaremos fármacos específicos en función de qué esté fallando.

(*) Comentario: Este punto es importante. Tras comprobar la enorme complejidad y cantidad de genes involucrados en patologías comunes como diabetes, cáncer o problemas coronarios, la idea de conocer tu predisposición a enfermedades está perdiendo fuerza. Hay demasiados matices. El impacto se prevé en el diagnóstico más certero y desarrollo de tratamientos y fármacos más específicos a cada subtipo de cáncer o problema coronario.

P.– ¿Sacamos el máximo provecho de esa información?

F. C.– Todo no. Pero, sin duda, cada vez más. Ya hay mucha mujeres que evitan la quimioterapia después de un cáncer de mama porque, analizando la mutación que lo causó, sabemos que no reaparecerá. Sólo con esto, el año pasado ahorramos, además de muchísimo sufrimiento, 100 millones de dólares. Y ya encuentras más de un centenar de fármacos que avisan en sus etiquetas que debes conocer tu información genética antes de utilizarlos. El Plavix (clopidogrel), contra las enfermedades coronarias, es el segundo medicamento más recetado de EEUU, pero a un tercio de nosotros no nos sirve de nada porque debido a una alteración genética nos falta un enzima imprescindible para metabolizarlo.

P.– Con la rápida caída del coste de la secuenciación, ¿será más efectivo tener todo nuestro genoma secuenciado de una vez?

F. C.– Sin duda. Me sorprendería mucho que dentro de 10 años, tú y yo no tuviéramos nuestro genoma secuenciado. Los beneficios serán enormes. Secuenciar un genoma con alta precisión cuesta 10.000 dólares; dentro de tres o cuatro años, costará 1.000.

(*) Comentario: le pregunté si, siguiendo este espíritu práctico, veía cercano un escenario en que a los recién nacidos, entre otras pruebas, también se les secuenciara de manera rutinaria su genoma para disponer desde el principio de toda su información genética. Contestó que a largo plazo sí, pero a medio no porque antes se deben aclarar ciertos aspectos éticos.

P.– ¿Serán los pacientes el motor de la medicina personalizada?

F. C.– Cada vez más pacientes desean saber qué está ocurriendo en sus cuerpos, y asegurarse de recibir el mejor tratamiento. La buena noticia es que la genética es bastante directa: sabiendo un poco de herencia, estadística y cómo interpretar los riesgos se le puede sacar un partido abismal.

(*) Comentario: Mi apuesta personal es que cuando la secuenciación baje de 1000 dólares, será la actitud proactiva de algunos individuos lo que marcará –con todos los riesgos e incertidumbres que pueda conllevar- un punto de inflexión. Querremos ser dueños de nuestra información genética, y buscaremos activamente interpretarla. Francis Collins se mostraba dubitativo sobre este punto, pero sí reconoció que podría estar cercano el día en que un paciente entrara con su genoma secuenciado en la consulta del médico, le pidiera que lo interpretara, y el doctor se quedara pensando “no tengo ni idea, pero deduzco que es el momento de espabilarme y aprender genética”

P.– En EEUU, hay genes patentados por compañías privadas...

F. C.– Cuando no había suficiente información, se decidió conceder patentes a genes humanos. Es muy cuestionable que esto haya beneficiado a la población. En el diagnóstico, desde luego que no, porque los precios son exageradamente altos, y mucha gente no puede acceder a una información tan valiosa como saber si tienes las mutaciones BRCA 1 y 2 relacionadas con el cáncer de mama, que son las patentes que ha intentado invalidar el juez Sweet. Veremos si el recurso prospera, pero no está claro.

P.– En el Proyecto Genoma Humano, garantizar que la información fuera pública se convirtió en una lucha frente al esfuerzo privado dirigido por Venter.

F.C.– La diferencia entre el esfuerzo privado y el público no era la tecnología, que era muy parecida, sino saber si esto iba a ser una información abierta, sin patentes y disponible para todos o iba a ser un producto comercial en manos de una compañía. Los historiadores dirán: «Menos mal que el sector público se salió con la suya e impuso su modelo».

P.– ¿Fue beneficiosa la presión ejercida por el sector privado?

F. C.– Realmente, no. Esa carrera ayudó a que los medios prestaran más atención. Pero, científicamente, no creo que influyera. Nos metió presión y forzó a tener un primer borrador mucho más rápido: el que presentamos hace ahora 10 años. Pero el genoma completo lo hubiéramos finalizado igualmente en el año 2003, aunque no hubiera existido ninguna compañía privada.

El pasado miércoles estuve en una charla en el NIH sobre su Programa de Enfermedades no Diagnosticadas. La mayoría de los pacientes sobre los que investigan sufren mutaciones extrañísimas, algunas en las que sólo hay un caso documentado en todo el mundo. Uno de los mensajes transmitido fue quem sin la comparación con el mapa completo del genoma humano publicado en 2003, este trabajo sería imposible. Un “inconveniente” que tiene la investigación en biomedicina, respecto otras ciencias, es que los científicos nos anticipan con bastante detalle sus planes. Hay muchos más pequeños avances ya previstos, que grandes descubrimientos inesperados. La progresión es lenta, y no genera sorpresas ni cambios de paradigmas. Sólo nos damos cuenta cuando observamos en perspectiva temporal. Francis Collins insistió en que la medicina personalizada no llegará de un día para otro. Será un goteo constante de conocimientos y aplicaciones clínicas concretas. Y en este sentido, ya ha empezado.

Estoy en México (Torreón) para participar mañana lunes en un evento TED.

Las conferencias TED tienen un lema muy claro: “ideas que vale la pena difundir”. Nacieron hace más de 20 años como un evento anual realizado en California, en el que durante 4 días una cincuentena de conferenciantes –buena parte de ellos científicos- expresan durante un máximo de 18 minutos sus “ideas que vale la pena difundir”. El expresidente Clinton, Bill Gates, los fundadores de Google, premios Nobel, o los más destacados investigadores, educadores, artistas, músicos, economistas, ingenieros, cocineros, empresarios, filósofos, activistas, diseñadores… todos han pasado por este evento central de TED en California. Es una concentración de conocimiento impresionante. Antes de sentirte tentado a asistir, debes saber que la entrada cuesta 6.000 dólares. Pero no desesperes; puedes seguir estas suculentas “ideas que merece la pena difundir” en los videos íntegros que TED cuelga en su web.

Te recomiendo que eches un vistazo a la lista de conferenciantes y temas, y mires algunas charla (muchas tienen subtítulos en español). Pero lo que más te recomiendo es que no elijas una cuya temática ya conozcas. Eso ya lo sabes. Mi consejo es que “rasques donde no te pica”; que abras tu mente, la mantengas receptiva, y te dejes seducir por lo que no conoces todavía. Tú ya sabes cuales son tus intereses; déjate embaucar por nuevas ideas que quizá aún no habías considerado. Explora. Es más estimulante.

“Rascar donde no pica” es el título de mi charla, el motor de la mayoría de posts de este blog, y la idea que expresaré en TEDxLaguna; uno de los eventos satélites que TED co-organiza por todo el mundo.

Sería genial compartir cuales serían vuestras “ideas que vale la pena difundir” (desde luego, de ninguna manera restringidas al ámbito de la ciencia) si participarais en TED. O qué momento recordáis como más satisfactorio tras haber rascado donde no os picaba. Yo en la charla explico algunos de los míos, cuyo gozo siempre se vio ampliado gracias a compartirlos en este blog.

Todavía recuerdo el poco caso inicial que le hice a una neurocientífica cuando tras preguntarle que era lo último de lo último en neurociencia, me dijo entusiasmada “los canales de rhodopsina!”. Creo que respondí algo parecido a “ya estamos… los científicos siempre con esta desconexión entre el detalle insignificante que os interesa a vosotros, y las preguntas sencillas que a los no-científicos nos intrigan…”. Fue gracias a este auto-impuesto “Pere; acuérdate de rascar donde no pica. Si esta chica te dice esto será por algo”, que descubrí cómo unos canales iónicos descubiertos en los 80 en las membranas de algas que dejaban pasar iones positivos al recibir luz azul, fueron trasplantados a cultivos de neuronas en 2005, e insertados en 2007 en el córtex motor derecho de unos ratones que empezaban a dar círculos como locos cuando recibían luz azul. Boquiabierto me quedé al ver el video, otro de un gusano c.elegans que hacía lo contrario con luz amarilla, y descubrir que la optogenética se estaba vislumbrando como una herramienta poderosísima para activar y desactivar grupos neuronales a voluntad.

Éste fue uno de los “rascar donde no pica” más técnicos, pero preguntando sólo a Internet entendí por fin qué pasaba dentro de mi cuerpo cuando me resfriaba. Como escribí en este post, recuerdo empezar a dolerme la garganta y sorprenderme que tanta licenciatura en bioquímica y tanto MIT, pero no tenía ni idea de por qué al cabo de unos días estaría moqueando.

No terminaríamos nunca de citar curiosidades halladas en el estudio del comportamiento humano; pero mañana explicaré que –contrariamente a lo que muchos economistas consideraban hace unos pocos años (algunos todavía)-, los humanos no somos maximizadores racionales de beneficios: si me hubieran pagado una cantidad simbólica por la charla de TED (nadie cobra), a diferencia de lo que “por lógica” podríamos pensar, posiblemente le hubiera dedicado menos esfuerzo. El dinero en ocasiones compite, no añade, en motivación a voluntarios sinceros. ¿Pondríais más esmero al cocinar una paella si vuestro invitado insistiera en pagaros 15 euros por su plato? Pensado racionalmente sí (tienes un aliciente añadido). Sentido emocionalmente no (¿me está diciendo que mi plato de paella cuesta 15 euros?).

Imposible también de olvidar los dos días que me pasé aprendiendo a interpretar imágenes del Universo, cuando descubrí que la Supernova de una foto que me mostraron tenía 13 años luz de diámetro, que el sistema solar entero sería un punto indistinguible dentro de ella, y que en realidad la fotografía era una composición de imágenes de tres telescopios espaciales diferentes: el Spitzer captaba los infrarrojos emitidos por el polvo a 10ºC alrededor de la explosión, las estrellas amarillentas a 10.000ºC que se distinguían al fondo de la imagen era luz visible recogida por el Hubble, y los diferentes colores de la supernova en sí eran brutales colisiones atómicas a 10 millones de ºC emitiendo Rayos-X captados por el Chandra. ¿Qué más me perdía cuando observaba las imágenes astronómicas sin profundizar en ellas? Empecé a rascar, y cada vez picaba más…

Guardo el “rascar donde no pica” de resultado más inspirador para el final de mi charla mañana. Os lo contaré junto a las otras “ideas que vale la pena difundir” compartidas por el resto de ponentes.

Gracias Ernesto por la excelente organización y por los chilaquiles con frijoles.

Y gracias de nuevo Roberto y Lourdes por la hospitalidad, quesadillas, asado de borrego, tacos, guacamole, papaya, las victorias, chiles… y excursión por los parajes desérticos de Durango al encuentro de fósiles, pinturas rupestres, arañazos, y amistad.

Entre el sol, los cactus, y vuestras salsas, en México no hace falta rascar mucho para sentir todo tipo de picores… ;)

Si levantas una mano y la pones tensa frente a tu cara, posiblemente en alguno de tus dedos notarás un ligero temblor. No te preocupes; es normal.

La actividad eléctrica generada en tu cerebro por miles de neuronas mientras caminas, lees, o duermes, produce un potencial eléctrico que puede ser registrado en forma de ondas cerebrales. Cada tipo de onda cerebral tiene una frecuencia diferente (oscilaciones por segundo). En concreto, las neuronas motoras encargadas de dirigir tus movimientos oscilan a una frecuencia de 10 ciclos por segundo. Éste es el temblor mínimo que deberías tener. Casi imperceptible.

Ocurre que si estás emocionado, cansado, nervioso, con hambre o con miedo, tu cuerpo segrega adrenalina y ese temblor se acentúa. Pero continúa siendo un temblor fisiológico normal y corriente.

Otra cosa es el temblor llamado “esencial” característico de la vejez, o provocado por enfermedades neurológicas como el Parkinson o la esclerosis múltiple. Aquí ya hay alteraciones implicadas, y empieza a tener sentido estudiar científicamente el origen del temblor.

Eso es lo que hace el investigador Malagueño Jose Luis Vega en la Universidad de Newcastle, quien contactó con nosotros ofreciéndose a explicarnos en el blog el descubrimiento que su grupo ha hecho sobre el origen de este tipo de temblor esencial.

“Lo raro es que no temblemos todavía más”, por Jose Luís Vega

El temblor es un movimiento involuntario de tipo oscilatorio que se repite en tus brazos o piernas, y que en condiciones severas puede convertirse en una pesadilla a la hora de realizar actividades tan simples como ponerse una camisa o beber una taza de té.

Es por eso que en el grupo de Control Motor de la Universidad de Newcastle investigamos los temblores. Pero mi director el profesor Stuart Baker partió de un planteamiento diferente: “¿por qué la mayoría de personas y animales no tiemblan todo lo que deberían?”

Para responder a esta pregunta, llevamos a cabo un estudio en el que entrenamos a "macacos" a mover su dedo índice lentamente hacia atrás y hacia delante. Este tipo de movimiento intensifica el temblor fisiológico (el normal que todos los primates experimentamos) comprendido entre 8 y 12 ciclos por segundo. Una vez entrenados, insertamos microelectrodos móviles en la corteza motora primaria y médula espinal de los animales, y procedimos al registro extracelular de las neuronas del cerebro y de la médula responsables del control del movimiento de los músculos del cuerpo, y por tanto del movimiento del dedo en estudio.
Lo que nos encontramos fue que, tanto la actividad eléctrica de las neuronas registradas en esa área del cerebro (unas 300), como la actividad de las otras cientos de neuronas registrados en la médula espinal, presentaban una actividad rítmica a la misma frecuencia que el temblor. Sin embargo, y esto es lo más importante, las oscilaciones de ambos tipos de neuronas estaban fuera de fase unas respecto a las otras. En otras palabras, cuando la onda en el cerebro presentaba la máxima amplitud, la onda en la médula espinal se encontraba en su punto más bajo. Y viceversa. Esto significaba que la ondas registradas en el cerebro se cancelaban con las ondas registradas en la medula espinal. Y eso, es lo que hacía reducir la intensidad del temblor.

Ante los tremores esenciales (patológicos), la hipótesis que barajamos es que el circuito de neuronas de la médula espinal podría no funcionar correctamente y no contrarrestar la actividad cerebral. De esta manera las oscilaciones cerebrales no se cancelarían y aparecerían los temblores no deseados.

En otras enfermedades neurológicas como la esclerosis múltiple o el parkinson, puede que el problema sea una producción de oscilaciones anormalmente altas en determinadas regiones del cerebro. La buena noticia es que, incluso en estos casos, este circuito neuronal que hemos identificado en la medula espinal podría reducir las altas oscilaciones contribuyendo a una mejora del temblor. Y para ello empezaremos a ensayar en pacientes con dispositivos portátiles inalámbricos.

Este hallazgo es importante, pues nos hace pensar que el temblor es el resultado de complejas interacciones entre múltiples circuitos neuronales dentro del cerebro y la médula espinal.
Nuestro reto es comprender con mayor claridad estas rutas nerviosas (cerebro - medula espinal) y sus interacciones para tratar de entender los temblores, tanto fisiológicos como patológicos, y poder desarrollar nuevas estrategias para diagnosticar y tratar estos temblores por medio de dispositivos portátiles inalámbricos.

El ligero temblor fisiológico que percibimos los individuos sanos se debe a que esta cancelación de las oscilaciones del cerebro por parte de las neuronas de la médula no es perfecta, aunque muy atenuada.

Por tanto, "una mayor comprensión sobre cómo funciona este circuito en la medula espinal nos ayudaría a controlar este tipo de oscilaciones anómalas, y reducir los temblores de los pacientes mejorando así sus vidas", palabras de Stuart Baker.

Estimulación cerebral profunda (Deep Brain Stimulation)

Actualmente, con la técnica de estimulación cerebral profunda (DBS), se están haciendo progresos para intentar reducir los temblores mas severos como el temblor esencial o el temblor "parkinsoniano" cuando los fármacos no dan el resultado esperado. El temblor esencial se produce cuando el paciente realiza un movimiento voluntario o trata de mantener una postura (ej. manos enfrente del cuerpo). Es el que se intensifica con la vejez, y de ahí su nombre de "temblor senil". El "parkinsoniano", sin embargo, esta englobado dentro de la categoría de temblores en reposo.

En la DBS, la zona del cerebro que se estimula depende mucho del problema que se quiera resolver. Para el temblor esencial la estructura que está dando resultados se encuentra en el tálamo, en el llamado núcleo ventral interno. En el caso del temblor del parkinson la zona estimulada es el núcleo subtalámico o el globo pálido interno, pues hay evidencias que estos núcleos se acoplan entre si debido a la falta de dopamina que presentan los enfermos de Parkinson.

Concluyendo, este nuevo hallazgo nos hace pensar en una futura técnica como la DBS, pero ahora estimulando la medula espinal para que sea ella la que haga de filtro a los temblores no deseados.

“España no ha visto el crecimiento científico y productividad que otros países Europeos como Inglaterra o Alemania han disfrutado. Las subvenciones han sido pequeñas, y su sistema académico y de investigación ha sido asolado por una cultura burocrática invadida de funcionarios públicos con ningún incentivo para la excelencia. Pero los tiempos en España están cambiando.”

Esta es la frase que se puede leer en un artículo publicado hoy mismo en la revista Science sobre el estado de la investigación científica española. Revisemos qué comunica esta prestigiosa revista a la comunidad científica internacional.

El cambio a que se refiere es la reciente aparición de un nuevo tipo de institutos de investigación que “han incrementado el reclutamiento de científicos extranjeros, el retorno al país de investigadores españoles, y creado un sentimiento de entusiasmo en que España va en buen camino hacia tomar un papel importante en la escena científica internacional. Aunque todavía haya mucho que hacer”.

Antes de citar los últimos recortes debidos a la crisis, recordemos de dónde venimos. Es importante tenerlo en cuenta.

El artículo explica que según la Ministra Cristina Garmendia, España ha pasado del puesto número 30 al noveno en ranking mundial de publicaciones científicas, representando el segundo crecimiento más rápido del mundo después del de China.

Sabemos –y refleja perfectamente este reportaje reciente en El Pais- que el problema español no está en la cantidad de publicaciones sino en su calidad y generación de patentes. El artículo no lo esconde, pero aún así, “cuando uno mira en perspectiva histórica España está en una buena dinámica de mejora sólida”, explica el actual secretario general del Consejo de Investigación Europeo Andreu Mas-Colell. Mas-Colell reconoce que la inversión todavía es escasa, pero asegura que “el ritmo al que crece (del 0.6% del PIB al 1.35% en 20 años), sí es remarcable”. Desde su dilatada experiencia, pide a la comunidad científica que tras 5 años incrementando un 25% el gasto público en ciencia, intenten resistir un par de años de recortes debidos a la crisis económica. Pero también advierta al gobierno de lo frágil que es el sistema científico en España, y asegura que para mantener el nivel “es imprescindible que la política científica sea selectiva, y ponga recursos en las instituciones que ya han demostrado que pueden competir internacionalmente”. La solución radica en concentrarse en la excelencia; la palabra de moda en la ciencia española.

Parece que se están fraguando dos caras de la investigación en España. Por un lado, el artículo no deja muy bien parada a la Universidad, diciendo que “está saturada de funcionarios centrados en la enseñanza en lugar de hacer investigación original”, y que en muchas de ellas se trabaja en “condiciones primitivas”. También se queja que en el CSIC los proyectos tienen una financiación cada vez más pequeña; insuficiente para generar resultados que lleguen a tener impacto y competir a nivel internacional.

Por otro lado, el texto alaba a este nuevo modelo de centros que trabajan con total independencia, evalúan constantemente a los científicos en función de sus resultados, atraen hasta un 65% de investigadores internacionales, se les ofrecen equipamientos técnicos y laboratorios de primer nivel, y “están contribuyendo a la metamorfosis nacional”. El artículo de Science escoge como un ejemplo de este tipo de nuevas instituciones al Centro de Regulación Genómica (CRG) dirigido por Miguel Beato en Barcelona. A pesar de tener un presupuesto modesto de 12 millones de euros y escasos 10 años de vida, el CRG se sitúa en primer lugar de España y vigésimo del mundo en número de citaciones científicas. Miguel Beato habla claro: “La mentalidad del funcionario fue –y todavía es- el primer obstáculo para la ciencia española”. En un centro como el CRG, los investigadores son evaluados cada cierto tiempo para decidir su continuidad. Incluso en ciertas posiciones hay una salida forzosa tras nueve años. En el País Vasco también están funcionando con gran éxito centros impulsados a nivel regional por su propia fundación Ikerbasque. En ese modelo en cambio, “sí ofrecemos estabilidad laboral, porque es más difícil atraer científicos internacionales”, explica el científico Nicola Abrescia, añadiendo que “eso no implica que te relajes, porque ves que están haciendo una gran inversión en ti, y eso te motiva a avanzar. Es una región en dinamismo, con gran potencial, y dentro de un tiempo será un centro internacional de excelencia”.

El secretario de estado en investigación Felipe Pétriz busca otra fuente de empuje a la ciencia española: fortalecer la relación entre el sector industrial y la I+D pública. La búsqueda de innovación empresarial debe ser uno de los motores de la investigación financiada por el estado. ¿Cómo? Dos prioridades: Una, el sistema debe promover que los investigadores concentren sus esfuerzos en resolver problemas planteados por compañías. Y dos, se deben crear canales para que las empresas financien proyectos que ellos consideren interesantes. Sin duda, la pobre aportación de capital privado a la ciencia española es uno de los problemas más serios a atajar en el nuevo modelo de investigación científica en España. El otro, abrir el sistema. Andreu Mas-Colell concluye que “la cuestión es si queremos hacerlo o no (conseguir objetivos ambiciosos). La clave es reformar el sistema de investigación para hacerlo más abierto de lo que es ahora. El número de centros de investigación que contratan a líderes de todo el mundo es todavía pequeño. La mayoría de posiciones están sobre un sistema cerrado y tradicional, y hay un límite a lo que se puede conseguir de esta manera”.

Regresando al optimismo por el aparente cambio, el investigador austriaco del CNIO Erwin Wagner opina que “la falta de tradición científica en España es una ventaja, porque la gente aquí está muy motivada. Es algo nuevo, y están entusiasmados”. ¿Habrá dos ciencias en España, una en peligro de decadencia pero otra en plena emergencia, y no nos habíamos dado cuenta?

Karen tenía 40 años cuando le diagnosticaron cáncer de pecho. El tumor medía escasos 2 cm y estaba en un estadio muy inicial, por lo que fue suficiente realizar una lumpectomía y extirpar sólo una pequeña parte del seno. Le aplicaron unas dosis de radioterapia, y quedaba decidir si se sometía a quimioterapia para minimizar el riesgo de una futura reaparición. Consultó a tres oncólogos, y los tres le recomendaron que debido a la temprana edad en que apareció su cáncer, era conveniente realizar una quimioterapia agresiva. Karen aceptó, y empezó a mentalizarse de los terribles efectos secundarios que le esperaban. Pero unos días antes de empezar el tratamiento recibió la llamada de su hermano, quien había visto en televisión un reportaje sobre un test genético que servía para predecir el riesgo de reaparición de los diferentes subtipos de cáncer de mama. El test se basaba en identificar qué genes concretos estaban alterados, o silenciados, y permitía dar una información mucho más específica de la que se lograba al mirar una célula tumoral bajo el microscopio.

Karen consultó a su cirujano, quien desconocía el test, pero aceptó enviar una muestra del tumor extraído de Karen a un laboratorio para ser analizada. Los resultados indicaron que el cáncer específico que había sufrido Karen tenía poquísimas posibilidades de reaparecer. Consultaron de nuevo a oncólogos, y con la información genética en sus manos, decidieron ahorrarse el mal trago de pasar por quimioterapia y sustituirla por una más benevolente terapia hormonal.

Éste es uno de los casos reales que explica Francis Collins (líder del proyecto Genoma Humano y actual director del NIH) en el capítulo “El futuro ya ha llegado” de su nuevo libro “The language of Life”, donde analiza las repercusiones de esta inminente explosión de la medicina personalizada.

Otro caso: En 1979 Jack falleció mientras dormía durante unas vacaciones en Wyoming. Tenía 20 años, era un chico sano, y tras exhaustivos análisis los doctores no lograron encontrar ningún indicio sobre por qué su corazón se detuvo en medio de la noche. Doce años más tarde, su hermana Sharon murió también en similares circunstancias. Doris, la desesperada madre de Jack y Sharon, necesitaba una explicación. Empezó a recopilar historiales médicos familiares, y descubrió que un primo lejano también había fallecido mientras dormía a los 45 años, y que en algunos electrocardiogramas realizados a miembros de su familia los cardiólogos habían detectado que un intervalo llamado QT era ligeramente más largo de lo normal. El “long QT syndrome" es una condición extraña que se extiende por ciertas familias y está asociada a la muerte súbita, pero las diferencias entre un intervalo QT normal y otro peligroso que los médicos pueden ver en un electrocardiograma son tan ínfimas, que era imposible identificar quien está a riesgo y quien no. Pero hace unos años los científicos encontraron varios genes relacionados con el “Síndrome del QT largo”. En concreto, la mutación que estaba presente en algunos miembros de la familia de Doris era la del gen HERG, involucrado en el transporte de sodio en la membrana de las células del músculo cardíaco. Tras analizar a la mayoría de familiares, 37 de ellos –incluida la propia Doris- tenían la mutación que ofrecía una ligera predisposición a la muerte súbita.

¿Querrías conocer tú esa información y vivir con el temor constante de que cualquier día podrías no despertar? Depende. Depende de si puedes hacer algo al respecto o no. Y en el caso del “Síndrome del QT largo” padecido por la familia de Doris, un tratamiento con fármacos betabloqueadores reduce enormemente el riesgo de complicaciones. Los familiares de Doris que poseen la mutación se están medicando, y tienen desfibriladores en su casa por si en un momento determinado sufren un paro cardíaco. El QT síndrome aumenta el riesgo de uno de cada 4000 estadounidenses, y las muertes pueden suceder de noche descansando o durante el día ante esfuerzos desmesurados o situaciones emocionalmente intensas. Esto último es lo que ocurrió en una familia de Virginia, cuando una hermana colapsó mientras corría jugando en la nieve, y otra falleció momentos más tarde al enterarse de la noticia. Análisis posteriores descubrieron que ambas tenían mutaciones en los genes responsables del “Long QT syndrome". Cuando muy pronto todos tengamos acceso a la información que alberga nuestro genoma, casos como estos estarán cada vez mejor controlados.

¿Cuándo la medicina personalizada florecerá con todo su potencial? ¿Qué obstáculos tendrá que vencer? ¿Cuáles son sus límites? ¿Cómo será el proceso de implantación, y qué transformaciones requerirá? Estoy leyendo el libro de Collins, porque mañana atiendo al prometedor workshop “Genoma Humano: una década de descubrimientos, la creación de un futuro más sano”. Organizado por el Human Genome Institute del NIH, contará con la presencia del propio Francis Collins junto a una quincena de genetistas, que intentarán responder estas y muchas otras preguntas sobre cómo gestionar y poner en práctica la avalancha de información genética que nos viene encima. Twittearé desde el encuentro, y escribiré un resumen en el blog con las ideas más importantes. Pero hablando de ideas, que siempre resultan más interesantes que los datos, las historias de Karen y Doris sugieren una primera reflexión: En estos momentos iniciales en que los descubrimientos científicos se suceden de manera exponencial, pero en que el sistema sanitario todavía no ha implantado la información genética en todo su potencial, y algunos profesionales de la salud no han dado el paso de aprender lo acontecido en genética en los últimos 5 años ¿tomarán los pacientes informados la iniciativa? ¿acudirán a su doctor con información genética específica sobre su patología, solicitando un test genético determinado? ¿serán ellos los verdaderos motores de la transformación? La actitud menos pasiva del paciente hacia su diagnóstico no es un fenómeno nuevo, pero la llegada de la era de la información genómica personalizada podría exacerbarlo sin precedentes.

Auguro que será uno de los asuntos más importantes –si no el que más- en la comprensión pública de la ciencia de los próximos 5 o 10 años. Su gran potencial sólo podrá ser explotado cuando profesionales y pacientes estén bien preparados para comprender el lenguaje del genoma y el sentido exacto de sus palabras.