Apuntes científicos desde el MIT

Pregunta para los que soláis ir a correr de manera frecuente: ¿creéis que durante el recorrido, estar pensando cuánto falta por llegar o el tiempo que ya lleváis forzando vuestros músculos, influye de manera considerable en el cansancio físico percibido?

La experiencia de una de las mejores corredoras de larga distancia del mundo, que mejoró sus marcas tras una operación en la que le extirparon una parte del lóbulo temporal derecho de su cerebro, parecen indicar que sí.

A pesar del título tan veraniego del post y de introducir el asunto con cierta ligereza, la historia de la estadounidense Diane Van Deren, esconde más dolor que entusiasmo.

A los 16 meses de edad Diane sufrió una lesión en el cerebro que en aquel momento pasó desapercibida. Los médicos la encontraron años más tarde, cuando se pusieron a buscar las causas de los ataques epilépticos que Diane empezó a padecer a sus 30 años, durante el embarazo de su tercer hijo.
A partir de entonces, la situación se agravó y los ataques iban apareciendo de manera cada vez más frecuente, llegando a producirse 4 o 5 veces por semana. Había una solución: como la lesión estaba muy localizada, en 1997 los doctores optaron por quitar un fragmento del tamaño de un kiwi del cerebro de Diane.
Los ataques desaparecieron, pero también algunas de sus capacidades.
Desde la operación Diane es incapaz de orientarse, tiene mucha menos capacidad de memorizar, de organizar tareas, y ha perdido gran parte de su concepción del espacio y el tiempo.
Esto último, sin embargo, la ha convertido en una mejor atleta.
Diane ya era una aficionada a las carreras de larga distancia antes de que aparecieran sus problemas. Pero ahora, a sus 49 años, compite en carreras de más de 100 millas (161 km), y el año pasado ganó la Yukon Arctic Ultra 300 (480 km)

Como opina el neurofisiólogo que la trató en el artículo del New York Times que describe su historia : “cuando está corriendo, la cirugía cerebral le ayuda”. Diane entrena horas y horas por las Montañas Rocosas de Colorado y compite en larguísimas distancias sin el freno que puede suponer la percepción del tiempo y el espacio. Simplemente avanza y avanza sin capacidad para recordar donde se encuentra, y cuanto falta por llegar.
Los problemas de memoria y organizativos de esta madre de familia hacen que su día a día no sea nada fácil, pero como ella misma describe en este inspirador video (en inglés): “utilizo mis piernas como mis palabras. Cuando gano una carrera, es como una demostración de que todos podemos superar las tragedias que ocurren en nuestras vidas.”

Os presento otro de los temas más candentes en neurociencia, que más interés suscitó en el congreso de la Society for Neuroscience, y que apunta a posible revolución en el estudio y manipulación del cerebro: La activación y desactivación de neuronas específicas mediante luz óptica.

Observad este video de una ratita con un agujero en el cráneo y una bombilla azul iluminando su corteza cerebral:



Tan pronto se enciende la luz azul, la rata empieza a moverse en círculos de manera alocada. En este otro video podéis ver una rata control a la que la luz no le afecta en absoluto.
Esta diferencia se debe a que a la primera, además de colocarle una bombilla en la cabeza, los científicos también han insertado algo más en las neuronas de su cortex motor derecho.

Dejadme que os lo explique desde el principio y un poco a lo bruto (disculpad los neurocientíficos), porque es acoj… sorprendente:

En los años 80 unos investigadores descubrieron que en la membrana celular de ciertas algas verdes había unos canales iónicos que cuando recibían luz azul, se activaban y permitían la entrada de iones cargados positivamente a la célula.

Hace muy poco, otros científicos pensaron que si las neuronas tuvieran estos canales ChR2 de las algas verdes, como las señales eléctricas que recorren las neuronas se forman precisamente por la entrada y salida de iones positivos, quizás podrían activarlas a voluntad utilizando sólo luz azul.
Dicho y hecho. En 2005 Ed Boyden logró transplantar el canal ChR2 a cultivos celulares de neuronas, y estimularlas a distancia con luz a la frecuencia específica del color azul.
Dos años después, Kart Deisseroth de la Universidad de Stanford creó el ratón transgénico que habéis visto en el video anterior. Deisseroth le introdujo el gen que codificaba la ChR2, y ahora es el único mamífero que tiene tales canales de rhodopsina en las membranas de sus neuronas. Cuando sus neuronas motoras del córtex derecho reciben luz azul, los canales se abren, dejan entrar iones positivos, se activan de repente, y el ratón empieza a girar hacia la izquierda.
Si se apaga la luz, sus neuronas vuelven al reposo y el animal se detiene.

Esperad que todavía hay más.
A principios de los 90 otros científicos habían descubierto un microorganismo (la arquea Natronomonas pharaonis) con un canal iónico que hacía lo contrario: al recibir luz amarilla permitía la entrada de iones negativos de cloro y detenía el potencial eléctrico. Ed Boyden pensó que este canal NpHR podía ser utilizado para desactivar neuronas, y en marzo del 2007 en su laboratorio del MIT volvió a crear neuronas que esta vez se silenciaban cuando recibían luz amarilla.
Poco después Kart Deisseroth y Feng Zhang anunciaron que habían inyectado genes en el cerebro de un gusano C. elegans para que expresara el canal NpHR en sus neuronas motoras. Cuando iluminaban al gusano con luz amarilla, los canales dejaban entrar iones negativos en las neuronas, disminuía el voltaje, las neuronas se desactivaban y el gusano detenía su movimiento.
Nuevo éxito, y anuncio de revolución en la neurociencia.

(el punto amarillo de la imagen es sólo una referencia del momento en que los investigadores emitían la luz. Podéis ver más videos del Caenorhabditis elegans en el material suplementario del artículo publicado en Nature)

Si os estáis preguntando para qué sirve todo esto, hay dos respuestas.
Una es para investigar. La posibilidad de activar y desactivar grupos específicos de neuronas a voluntad es una nueva y poderosísima herramienta de investigación para entender el funcionamiento de los circuitos cerebrales implicados en una tarea, y cómo su actividad se relaciona con conductas o capacidades determinadas. En otro artículo de nature se dice “es lo mejor que le ha pasado a la neurociencia en mucho tiempo”.
La segunda respuesta, y es en lo que el grupo de neuroingeniería de Ed Boyden está trabajando , recae en las aplicaciones clínicas de esta metodología: silenciar neuronas que están hiperactivadas como ocurre en el Parkinson y la epilepsia. Actualmente se utilizan electrodos cuya acción es poco específica. Sería ideal sustituirlos por implantes ópticos que hicieran lo mismo con luz amarilla de manera más localizada.

Debo confesar que en el congreso de neurociencia me explicaron que la verdadera exaltación colectiva se produjo el año pasado, ya que los resultados más espectaculares se produjeron durante el 2007. Pero también me dijeron que con esa perspectiva que ofrece el paso del tiempo, las expectativas no habían disminuido, sino todo lo contrario. De repente muchísimos grupos se han puesto a trabajar con esta novedosa tecnología. Sin duda la posibilidad de activar y desactivar células nerviosas concretas va a permitir grandes avances más allá incluso de la neurociencia, y todo apunta que algún Nobel caerá en el futuro sobre la gente que ha empezado esta campo de investigación.

Yo, a partir de ahora, cuando alguien me diga que está haciendo investigación básica sobre los canales iónicos de un microorganismo de nombre irrepetible, o estudiando cómo reaccionan ciertas algas verdes a la luz azul, nunca más me atreveré a poner en duda para qué sirve.

Créditos: los videos de ratitas han sido “tomados prestados” de la web del grupo de Kart Deisseroth en Stanford.