Apuntes científicos desde el MIT

Lo que os presento hoy puede ser tomado como una broma o como los primeros estadios de una tecnología potencialmente revolucionaria.
Considerado en plan jocoso, se trata de pegar una especie de pila de 9 voltios a tu frente mientras estás estudiando. La electricidad que transmite a una zona de tu cerebro podría hacer que memorizaras de forma más efectiva. “Parece pura guasa” fueron las palabras que utilizó Roberto cuando me envió por mail este artículo aparecido en el MIT Technoloy Review .

Pero quizás podríamos tomárnoslo un poco en serio… el aparatito ha sido aprobado por la FDA , y un grupo de neurocientíficos de los Institutos Nacionales de Salud de EEUU han comprobado que los individuos cuya área dorsolateral del cortex prefrontal se estimulaba eléctricamente mientras aprendían listados de palabras, recordaban más vocablos que el grupo control sin “ayuda externa”.
Los investigadores no concluyen nada definitivo todavía. Éste es uno de los experimentos preliminares en un estudio muchísimo más completo que pretende comprobar si la TDCS (Estimulación Transcraneal por Corriente Directa ) puede realmente potenciar el aprendizaje.
Se sabe que una leve corriente eléctrica es capaz de aumentar la actividad neuronal. En los años 60 se utilizaba electricidad para mejorar el estado anímico de personas con desórdenes psiquiátricos, e investigaciones más recientes han demostrado que incrementa la función motora y la fluencia verbal. Ahora el equipo del NIH está activando un área específica del cerebro relacionada directamente con la planificación y memorización. Tienen la sólida sospecha que esta técnica podría ser aplicada para mejorar el aprendizaje de personas sanas.
Los investigadores aseguran que este procedimiento es más “suave” que la TMS (Estimulación Magnética Transcraneal ), un método que utiliza campos magnéticos para estimular áreas específicas del cerebro de manera no invasiva. La TMS lleva aplicándose durante décadas con resultados muy positivos en el tratamiento de algunas depresiones, rehabilitación de áreas lesionadas tras accidentes cerebrovasculares, o incluso migrañas.
De hecho, en Harvard conocí a un neurólogo español experto en TMS (os lo presentaré más adelante) y le envié la noticia para que me diera su opinión. Me dijo: “nosotros también la estamos utilizando. Yo no apostaba demasiado, pero está dando resultados muy interesantes. Vale la pena continuar haciendo estudios”.

Mejorar el Cerebro
Si contextualizamos un poco el caso concreto que planteaba el artículo del Tech Review, vemos que se enmarca bajo la delicada idea de intentar potenciar los cerebros sanos. El cambio de paradigma es el siguiente: ir al médico no sólo cuando estás enfermo para que te devuelva a la “normalidad”, sino ir también cuando estás “normal” para que te mejore. Ya lo hacemos con el cuerpo a base de gimnasios, cirugía y sustancias químicas. Ahora parece que le toca el turno al cerebro; y en un grado bastante superior del que supone tomar café…
El fármaco Ritalin se prescribe a los pacientes con Trastorno por Déficit de Atención (TDAH), pero la revista Nature publicó el pasado Abril unos datos muy significativos: una de cada cinco personas que tomaban Ritalin no tenían ningún problema de salud; lo consumían para mejorar su rendimiento intelectual. La mayoría eran académicos y científicos. Lo mismo pasa con el fármaco Provigil, recetado en principio a los personas con problemas de sueño excesivo.

Y es que los límites del cerebro no están tan claros. Jorge Luis Borges imaginó a Funes el memorioso, un personaje de ficción con una memoria tan desarrollada que no podía olvidar nada de lo que percibía. Era un desdichado, y terminó volviéndose loco. Pues resulta que alguien “parecido” existió en la realidad. El Ruso Solomon Shereshevskii era capaz de recordar discursos enteros palabra por palabra. Su memoria era extraordinaria, y fue sujeto de muchos estudios científicos.
Seguro que Shereshevskii ya nació con un cerebro diferente, y quizás alguien normal nunca podrá adquirir su capacidad de recordar, pero eso no quita que nuestras conexiones neuronales no sean absolutamente maleables.

Recuerdo un artículo que hablaba sobre las mejoras cognitivas que provocaba el ejercicio físico.
Un estudio del año pasado demostró que el ejercicio aumentaba la neurogenesis en áreas del cerebro relacionadas con la memoria y el aprendizaje. Cuando corres llega más oxígeno al cerebro, pero también aumentan los niveles de ciertos factores de crecimiento neuronales y de una proteína llamada BDNF que dirige el desarrollo neuronal en el hipocampo. Es decir: la actividad muscular genera de manera indirecta una serie de sustancias químicas que afectan al rendimiento del cerebro. No parece imposible que algún día se plagie este mecanismo (o cualquier otro) y se induzca de forma directa.

Quien sabe si los universitarios del futuro tomarán pastillas antes de estudiar, o repasarán la lección con cascos que les vayan estimulando eléctricamente el cerebro. Lo que sí está claro es que la idea de potenciar las capacidades de los cerebros normales más allá del esfuerzo ya no es sólo una ilusión. Se ha empezado a investigar. Adeás, parece que candidatos a utilizar estas opciones cuando estén disponible de forma segura no faltarán, ni compañías que se ilusionen con un número tan alto de clientes potenciales tampoco.
Y es que por muy complejo que sea el cerebro, todo indica que la posibilidad de mejorarlo significativamente está ahí, esperando a que la tecnología nos lo permita.

Estoy preocupado… El pasado jueves y viernes atendí a una excelente serie de conferencias en NY: 25 charlas de veinte minutos sobre temas diversos con ponentes de primer nivel. Tenía la sensación de haberme empapado con información de muy buena calidad. Pero ayer sábado, cuando regresé a Cambridge, un amigo me pidió que le explicara los puntos clave de la conferencia, y me di cuenta que tenía bastantes lagunas a la hora de recordar datos, conceptos… ¿Y si mi cerebro no había guardado toda esa información? Qué mala pasada! (toma eufemismo…)
Entonces, en seguida me vino a la cabeza una clase de psicología el semestre pasado sobre el papel del sueño en la consolidación de recuerdos. Me pregunto si las poquísimas horas dormidas durante los últimos 3 días han debilitado mis neuronas, y evitado que aprovechara al máximo las conferencias….
Recojo los apuntes de esa clase, y comento los 3 principales artículos que nos presentaron.

Aprender descansado
Dormir después de aprender algo ayuda a consolidarlo. Esto hace tiempo que está demostrado. Pero no estaba tan claro si dormir antes del aprendizaje “prepara” de alguna manera al cerebro para fijar recuerdos.
El año pasado Nature Neuroscience publicó un artículo describiendo el siguiente experimento: Se formaron dos grupos de voluntarios. A unos les hicieron pasar una noche en vela, y a otros no. A las 6 de la tarde del día siguiente les pasaron unos tests en los que debían memorizar imágenes. Luego les dejaron ir a dormir a todos y seguir su rutina normal. Dos días más tarde les volvieron a pasar una serie de fotografías intercalando imágenes del primer test, y otras parecidas. Tenían que discernir si ya las habían visto o no. El grupo que pasó una noche sin dormir obtuvo resultados significativamente peores del que había descansado.

Dormir como fuente de inspiración
Tampoco está claro si se trata de un mito o una realidad la idea de que mientras dormimos, el cerebro reorganiza recuerdos y encuentra soluciones más creativas a problemas que nos van rondando por la cabeza.
En 2004 se realizó un estudio para ver si dormir aumentaba la perspicacia a la hora de resolver series de cifras incompletas, en las que habían reglas “ocultas”. Se hicieron tres grupos de participantes. El primero se entrenó brevemente a las 11 de la mañana, y pasó les test a las 7 de la tarde. El segundo se entrenó a las 11 de la noche, no durmió, y pasó el test a las 7 de la mañana. El tercero se entrenó también a las 11 de la noche, pero fueron a dormir tranquilamente, e hicieron la prueba a las 7 de la mañana.

Era previsible encontrar diferencias entre el grupo que había pasado una noche en vela y el que había dormido, pero no se esperaban una mejora tan grande respecto al que se había entrenado de día.
Los científicos concluyeron que dormir reestructuraba las memorias recién aprendidas, facilitaba la extracción de conocimiento explícito y aumentaba la perspicacia para solucionar problemas.

Más habilidosos si dormimos
El tercer estudio que se comentó era sobre el aprendizaje de habilidades motoras. Tenías que aprender a pulsar lo más rápido y preciso posible una sencilla serie de números en un teclado (4-1-3-2-4) en un teclado.
Un grupo se entrenaba a las 10 de la mañana, repetía la prueba a las 10 de la noche, iba a dormir, y lo volvía a hacer a las 10 de la mañana del día siguiente. El otro grupo empezaba entrenándose a las 10 de la noche, iba a dormir, repetía a las 10 de la mañana, y de nuevo a las 10 de la noche.
Como podéis ver en el gráfico de abajo, no importaba si se trataba del segundo o tercer intento. La gran mejora en precisión y rapidez motora coincidía con la prueba hecha tras dormir.

Entonces… ¿Qué ha pasado con lo “aprendido” durante mis jornadas en NY? ¿Cómo han influido las pocas horas de sueño de los últimos días? Sobretodo la juerga del jueves… ¿Evitó que se “consolidaran” las charlas de ese día, y que mi cerebro se “preparara” para las del viernes? Y no se trataba de cansancio o falta de concentración; el café y el estímulo intelectual me mantenían bien despejado y atento.
Pero quizás si en lugar de salir por ahi hubiera hecho deporte, según otros estudios que relacionan el ejercicio físico con la generación de nuevas neuronas y la mejora de capacidades mentales, ahora recordaría más detalles de la conferencia...
Ya sé que la selección natural consideró que olvidar y modificar recuerdos tenía su lado positivo, pero no creo que la evolución pensara que acabaríamos atendiendo conferencias y recibiendo tal densidad de datos. Las limitaciones de la memoria a veces son frustrantes.
En casos como estos… ¿os tomarías vosotros pastillas que aumentaran vuestras capacidades cognitivas y mejoraran la memoria?

El cambio de paradigma es el siguiente: De momento vamos al médico cuando estamos enfermos, para que nos devuelva a nuestro estado “normal”. Dentro de un tiempo no nos conformaremos con eso. El concepto de “normalidad” quedará obsoleto, y a pesar de estar sanos acudiremos a que mejore nuestro cuerpo y nuestra mente.

Este es el mensaje básico que transmite en su blog Ed Boyden, el codirector del “Center for Human Augmentation” en el MIT.
Y no se refiere a tratamientos antienvejecimiento, curas de salud o técnicas de autoayuda... Ed Boyden habla de prótesis, de neuroingeniería y de aumentar nuestras capacidades cognitivas.
Yo siempre había oído hablar de estas ideas en contextos de ciencia ficción o escenarios muy futuristas. Cuando descubrí el post de Ed, le envié un mail de inmediato solicitando una entrevista. No podía dejar pasar la oportunidad de hablar con alguien que está investigando de verdad sobre estos temas, en uno de los centros tecnológicos más avanzados del mundo.
El pasado viernes charlamos en su despacho durante 45 intrigantes minutos.

La fusión del cuerpo y la máquina
Ed quiso dejar claro desde el principio su planteamiento: El primer objetivo del laboratorio de neuroingeniería que él dirige es ayudar a personas con desórdenes neurológicos. Pero si además. la tecnología que desarrollen permite mejorar la memoria, creatividad o felicidad humana, están obligados moralmente a hacerlo.
Con un pelín de demagogia me dijo que la máquina de escribir se inventó originalmente para que los ciegos pudieran enviar cartas, y que Grahan Bell tenía en mente ayudar a las personas con sordera cuando diseñó el teléfono. Esto nos llevó a hablar de prótesis.
Ed señaló que dos puertas a su derecha se encontraba el despacho de Hugh Herr , un doble amputado y pionero en el diseño de prótesis inteligentes. Hugh (el que escala en la foto) asegura poseer los mejores tobillos del mundo, ya que cuando sube escaleras le empujan hacia arriba.
La moraleja es obvia: ¿por qué deberíamos contentarnos con un miembro ortopédico que iguale al natural, si podemos hacerlo mucho mejor?
Otro ejemplo es el atleta Oscar Pistorious, que con dos piernas metálicas diseñadas específicamente para correr, este verano quedó segundo en una carrera contra atletas profesionales.
Hay ejemplos todavía más sorprendentes de esta fusión entre el cuerpo y la tecnología, como las minúsculas cámaras que conectadas al nervio óptico permiten a algunos ciegos recuperar parte de su visión, o parapléjicos que pueden manejar una silla de ruedas con su pensamiento.
Ed insiste en que los primeros receptores de estos avances son las personas discapacitadas, pero no duda que su uso se extenderá a gente sana que quiera “mejorarse”.

Aumentar nuestro cerebro
El objetivo del laboratorio de neuroingeniería que Ed Boyden dirige es utilizar pulsos de luz para activar y desactivar neuronas específicas del cerebro. Pretenden controlar la actividad de los circuitos neuronales afectados en ciertas patologías como el Parkinson, de una forma mucho más precisa que con fármacos. Esto me llevó a preguntarle por la mejora farmacológica de las facultades cognitivas. Había oído que dentro el MIT se estaba incrementando el uso del Modafinil, un medicamento creado contra la narcolepsia, pero que también aumenta la atención y mejora la memoria. Dijo que el café también ena un potenciador cognitivo importante, pero no parecía muy cómodo. Miró de reojo el piloto encendido de mi grabadora de voz, y me dijo que no había leído suficiente sobre el tema.
Volviendo a la estimulación neuronal con luz óptica, auguró que muy pronto serán capaces de modificar el comportamiento en ratas de laboratorio. Reconoció que las aplicaciones en humanos todavía son lejanas, pero que sin duda tiene un gran futuro. Los fármacos inundan todo tu cerebro, sin embargo estas técnicas no invasivas permiten trabajar sobre zonas concretas con gran precisión.
De hecho la “Estimulación Magnética Transcraneal” (TMS) consiste en estimular eléctricamente zonas específicas del cerebro, y su uso ya está aprobado para tratar ciertas patologías, sobretodo la depresión.

De golpe, al oír que la TMS mejoraba el estado de ánimo de las personas con depresión, visualicé el salto que Ed pronosticaba. Imaginé alguien entrado en una especie de centro de masajes, donde un médico le ponía un casco que emitía impulsos eléctricos, y salía de la sesión la mar de contento por el resto del día. O una madre llevando a la consulta del especialista a su hijo para que le mejorara un poco la memoria y la capacidad de aprendizaje, porque no estaba sacando muy buenas notas. Pregunté a Ed si consideraba realista este escenario de futuro. Sonrió, creo que mentalmente recordó la grabadora, y asintió a medias con la cabeza...

Las ideas alrededor de la mejora humana artificial no son nuevas en absoluto. Llevamos muchísimo tiempo utilizando herramientas que alteran nuestro cuerpo, cambian nuestra mente, y redefinen nuestra identidad. Por otro lado cineastas y escritores se han encargado de imaginar cómo la tecnología puede hibridarse con nuestro organismo. Quizás lo nuevo es que una institución científica de reconocido prestigio como el MIT haya creado un centro llamado “Center for Human Augmentation”, organice un evento titulado “h2.o; Bienvenidos a la nueva ciencia de la adaptación humana ”, y sus investigadores reconozcan abiertamente poseer una nueva categoría de herramientas que cambiará nuestros cuerpos, mentes e identidad a una velocidad nunca antes contemplada. La revolución ha empezado. La era del Human 2.0 se aproxima.

Queridos amigos,

¡Estrenamos la sección “Científicos exiliados”!

En ella investigadores españoles nos explicarán de forma muy, pero que muy sencilla y directa: qué quieren averiguar, cómo pretenden averiguarlo, y por qué sus estudios son importantes.

Pero no lo harán sólo mediante el texto que escriban en el post. Los científicos que participen contestarán a todas las preguntas que les hagáis a través de los comentarios. Por favor, no os cortéis. Podéis preguntarles sobre su investigación específica, sobre su campo de estudio más general, o sobre lo que os apetezca.
¿Tenéis alguna duda sobre neurociencia? Os presento al primer científico exiliado que os la puede intentar resolver:

¿Dónde se guardan los recuerdos? por Miquel Bosch

Conocí a Miquel durante una fiesta en Cambridge. Llegó a la 1:30 de la madrugada. “Si que llegas tarde!” comenté cuando me lo presentaron. Con cara de resignación me dijo que trabajaba todos los sábados por la noche, ya que es el único momento que queda libre el microscopio multifotónico con el que investiga. Cambiamos de tema…
Charlando sobre divulgación científica me explicó que ganó un accésit del premio Joan Oró organizado por la Asociación Catalana de Comunicación Científica . “Hombre! Yo firmé tu cheque!” espeté al descubrir la coincidencia, “fui el tesorero en la junta directiva de la ACCC...”
Fuimos a buscar más cervezas, pero ya no quedaban.

Escribe Miquel…

Cierren los ojos por un momento y intenten recordar su profesor de biología favorito de la escuela primaria. De repente se les habrá aparecido una cara en la que seguramente hacía mucho tiempo que no pensaban. Bien, pues, ¿dónde estaba ese recuerdo? ¿En forma de qué? ¿Qué ha pasado en este instante en su cerebro para que esa imagen emerja a la conciencia?

¿Quién eres, y qué quieres averiguar?

Mi nombre es Miquel Bosch y ésa es una cuestión que me tiene obsesionado: ¿Cómo funciona la memoria? ¿Cómo se puede almacenar información en esa masa grasienta que tenemos por cerebro? Por suerte, en estos momentos me encuentro en uno de los mejores lugares para contestar esta pregunta: el Picower Institute for Learning and Memory del MIT, en Cambridge, USA. Después de cuatro años de intensa tesis en el mundo de las células madre en la Universidad de Barcelona y de una interesantísima estancia de medio año en el NIBB de Okazaki, Japón, he cogido de nuevo las maletas y me he ido esta vez a Massachussets, a disfrutar de su crudo invierno y su dieta no-mediterránea.
Aquí tengo el privilegio, y la responsabilidad, de disponer de la más cara y refinada tecnología para resolver mis inquietudes, gentileza de mi supervisor, el profesor Hayashi, y su mentor, el profesor Tonegawa, premio Nobel en 1987.

¿Cómo pretendes averiguarlo?

Para estudiar la memoria lo mejor es empezar por el principio: por las neuronas. El cerebro humano dispone de unos cien mil millones de ellas. Cada una puede llegar a formar diez mil contactos con otras neuronas. Hagan cuentas. No se sabe con certeza cuántas neuronas y cuántos de esos contactos participan de la formación de un solo recuerdo.
Hace unos 35 años se descubrió que esos contactos, o sinapsis, no son estáticos sino flexibles: pueden reforzarse y transmitir mejor el impulso eléctrico, o bien pueden debilitarse hasta desconectarse. Ésta, se pensó, podría ser la base de la memoria y el aprendizaje. Pero todavía hoy en día no entendemos bien cómo funciona el asunto. La cuestión no es nada sencilla de abordar. Hablamos de billones de sinapsis, todas transmitiendo al mismo momento, todas cambiando constantemente para grabar o borrar las señales eléctricas y químicas que llamamos trazas de memoria. Evidentemente no podemos estudiar todos esos cambios al mismo tiempo. Estudiaremos uno de ellos para entender el conjunto. Y lo haremos con rayos de luz.

La espléndida tecnología de la que les hablo es la microscopía multifotónica. Rayos láser de luz infrarroja permiten activar uno sólo de esos contactos entre millones y observar, en tiempo real, cómo se mueven las moléculas en su interior. Solamente allí donde dos fotones del láser coincidan al mismo tiempo se liberará el neurotransmisor enjaulado y se activarán los hambrientos receptores neuronales.

En este video vemos sinapsis en plena acción de grabar un recuerdo.
Las protuberancias que Ramón y Cajal llamó espinas dendríticas, donde residen las sinapsis, experimentan evidentes cambios de forma cuando son potenciados mediante el glutamato liberado por el láser (el punt orojo). Millones de cambios como estos puede que tengan lugar cada minuto en nuestro cerebro mientras aprendemos, recordamos u olvidamos. Muchas espinas se expanden, otras se contraen, algunas aparecen de la nada, otras desaparecen para siempre.
Pero ahí hay un misterio aún sin resolver: ¿cómo se acuerda esa espina que la señal que ha recibido merece la pena de ser recordada?¿Cómo consigue mantener ese estado potenciado durante horas o incluso años cuando las proteínas que la componen se reciclan continuamente en cuestión de segundos o minutos?¿Quién recuerda los recuerdos en realidad? Bueno, en eso estamos...Modificando genéticamente las proteínas neuronales podemos ver cómo viajan de un lugar a otro en los primeros minutos de la formación de la memoria o cómo flotan frenéticamente en la membrana neuronal mientras tiene lugar la descarga eléctrica. Esto lo hacemos marcándolas con proteínas fluorescentes extraídas de las medusas o bien enganchándolas a pedruscos nanoscópicos luminosos de múltiples colores. Todo esto nos puede llevar a entender un poco más el oscuro funcionamiento de la memoria y el aprendizaje, y aportar soluciones a los casos donde éstos fallan, como en el Alzheimer o el retraso mental.

Barra libre

¿Hay vida después del MIT? Ciertamente el MIT es un lugar especial. Montañasde dinero, tanto público como privado. Igual cantidad de mentes privilegiadas, engreídas, locas o soñadoras. Un poco de competitividad salvaje y otro poco de maravillosa fascinación por el arte de la ciencia. Un lugar "stoop-pendo" donde disfrutar de la belleza del descubrimiento o donde extinguirse miserablemente bajo la presión asfixiante.
En las largas horas que paso observando las neuronas,en una ruidosa y claustrofóbica habitación del laboratorio, con mi microscopio de un millón de dólares, me sobreviene otra pregunta obsesiva. ¿Podré llevar a cabo ciencia del mismo nivel y contestar preguntas fundamentales en un lugar que no sea la superpotencia científica que indudablemente son los USA? ¿Hay algún sitio en España, o en Europa, con los mismos recursos y ambiciones, con el mismo espíritu internacional e interdisciplinar, con las mismas ganas de desarrollar proyectos de riesgo que desemboquen en asombrosos descubrimientos y posibles premios Nobel, como en el MIT? Lo más importante, ¿podré volver a la dieta mediterránea?

Miquel Bosch