Apuntes científicos desde el MIT

Nuestro neurocientífico del MIT Miquel Bosch nos brinda un excelentísimo repaso de las investigaciones realizadas con el inolvidable amnésico H.M, y explica dónde vuestro cerebro está grabando esta lectura, a qué región la trasladará dentro de unas horas, y en qué otras neuronas terminará alojada sólo en el caso de haberos gustado.

La ruta de la memoria, por Miquel Bosch

Henry G. Molaison murió el pasado 2 de diciembre de 2008 a la edad de 82 años. No exagero en absoluto si digo que ha sido el paciente más famoso de la historia de la neurología. Era mundialmente conocido por todos los investigadores, médicos y estudiantes de neurociencias, no por su nombre real, que permanecía en secreto, sino por las iniciales H.M. El “accidentado” intento de curarle su epilepsia lo convirtió sin querer en el protagonista de uno de los descubrimientos más revolucionarios de la neurociencia.

Un amnésico inolvidable

La historia de H.M. comienza en Hartford, Connecticut, cuando fue arrollado por una bicicleta a la edad de 9 años. Empezaron entonces sus primeros ataques epilépticos, que empeoraron durante los siguientes 20 años hasta el punto de impedirle trabajar y llevar una vida normal. Un neurocirujano decidió probar un tratamiento experimental un tanto drástico: extirpar por completo el foco de la epilepsia. De esta forma, en 1953, H.M. despertó de la operación sin una parte de sus lóbulos temporales mediales, que albergaba una pequeña región llamada hipocampo. Los ataques epilépticos desaparecieron casi por completo, pero a un precio altísimo. A partir de ese momento no podía formar nuevos recuerdos. Lo olvidaba todo en pocos segundos. Se acordaba perfectamente de todo lo ocurrido antes de la operación: su infancia durante los difíciles años que siguieron al crack de 1929, la segunda guerra mundial, su trabajo reparando motores... Sin embargo, no era capaz de recordar nada de lo ocurrido después. Conservaba unas excelentes capacidades intelectuales (con un cociente de inteligencia superior a la media) y un gran sentido del humor. Podía mantener una conversación y recordar un número de 8 dígitos durante unos 30 segundos. Pero si algo le distraía su atención, no sólo no recordaba el número, sino que no conocía a la persona que tenía delante ni entendía porqué le estaba pidiendo que recitara 8 dígitos. Es decir, tenía una excelente memoria a corto plazo y una buena memoria a largo plazo. Lo que no podía hacer es convertir la una en la otra. Una perfecta representación de su caso es el protagonista de la película “Memento”.

Suzanne Corkin, profesora del MIT, es una de las personas que mejor conocía a H.M. Fue el objeto de su tesis doctoral y estuvo 46 años entrevistándolo continuamente. No obstante, tenía que presentarse a H.M. cada vez que lo visitaba. Para H.M. el mundo paró de girar en 1953. Su tiempo se congeló el día de su operación. Aunque leía cada día los periódicos y veía la televisión, no sabía quienes eran los Bush, ni los Clinton. Su presidente seguía siendo Eisenhower.

La recuerdos viajan por tu cerebro

H.M. nos enseñó, muy a su pesar, que el hipocampo es esencial para consolidar los recuerdos a largo plazo. La memoria sigue siendo, a día de hoy, un misterio con innumerables cabos sueltos, pero desde H.M. sabemos varias cosas con certeza: 1) La memoria es un fenómeno independiente de otras capacidades mentales, como la consciencia o la percepción sensorial. 2) Hay muchas clases de memoria, por ejemplo, la de corto y la de largo plazo (hay más). 3) Cada una se almacena en lugares diferentes del cerebro.

Hoy sabemos que los recuerdos viajan constantemente por el cerebro. Fluyen de una región a otra, pero siempre en la misma dirección. Todos reconoceréis este famoso cuadro de Dalí (¿Cuál es su título?). La primera vez que lo visteis, sus colores, sus formas y texturas, saltaron de vuestra retina a la corteza visual (en la nuca), y de allí se extendieron al resto de vuestra corteza donde se mantuvieron unos segundos flotando codificadas en forma de una nube de fogonazos eléctricos.

En los siguientes minutos toda esa información, aún frágil y volátil, inundó el hipocampo, donde empezó el proceso de “grabación en soporte físico”, es decir, la modificación de las conexiones neuronales. Sin hipocampo, la nube eléctrica no tiene lugar donde reposar y se disipa como el humo de un cigarrillo a la menor distracción. Pero ahí no acaba la travesía de la memoria. En los siguientes días, y sin que os dierais cuenta, el cuadro de Dalí fue poco a poco viajando de vuelta a la corteza cerebral, pero esta vez alterando los circuitos neuronales para almacenarse de forma indefinida. Se sospecha que esta transferencia final del hipocampo a la corteza tiene lugar mientras dormimos (esto dará para otro post).

Aprendizaje inconsciente

Durante años se pensó que H.M. era incapaz de consolidar nuevos recuerdos, pero en 1962 un nuevo experimento volvió a sacudir a la comunidad neurocientífica.

Le pidieron que trazara los contornos de una estrella viendo su mano reflejada en un espejo. Si lo probáis (aquí) veréis que al principio no es nada fácil. Sorprendentemente H.M. aprendió a hacerlo con soltura a fuerza de repetirlo muchas veces, como le sucede a todo el mundo. Pero para él, cada vez que lo probaba era como si fuera la primera vez. “Anda, pero si es más fácil de lo que me esperaba”, exclamó al cabo de unos días.

Así es como se descubrieron los dos tipos básicos de memoria: 1) la explícita, que nos permite recordar datos, imágenes, números de teléfono, cuál es la capital de Japón, etc. y 2) la implícita, que nos permite ir en bici o tocar el piano, y que adquirimos de forma repetitiva e inconsciente. La primera está controlada por el hipocampo y es la que H.M. había perdido. La segunda reside en otras zonas, como el cerebelo o los ganglios basales, y por eso H.M. la mantenía intacta.

El último viaje de H.M: de Boston a la inmortalidad

H.M. murió a las a las 5:05 de la tarde. En ese mismo instante un comité creado especialmente para ese día se puso a trabajar sin perder un segundo. La Dra. Corkin no tuvo tiempo de entristecerse por la muerte de su viejo amigo hasta la mañana siguiente: se pasaron toda la noche en el Hospital General de Massachussets, en Boston, escaneando la cabeza de H.M. por resonancia magnética.

Jacopo Annese, que llegó de madrugada desde San Diego, era el elegido para llevar a cabo el proceso de conservación del cerebro. Aunque es uno de los mayores expertos del mundo, admitió estar sudando a borbotones mientras le extraía el cerebro. Después de todo, era el cerebro más famoso de la historia de la neurociencia (más que el de Einstein, del que ya hablaremos otro día). Annese voló de vuelta a San Diego con el cerebro crioprotegido de H.M a su lado, en asiento de “ventanilla”. Ahora su misión es crear un atlas digital de alta resolución, que será de acceso público para que todo aquel que quiera pasearse por los núcleos cerebrales del famoso amnésico, con la misma tecnología desarrollada para Google Maps (próximamente en thebrainobservatory.ecsd.edu).

En estos momentos el cerebro de H.M. se encuentra cortado en unas 2600 finas lonchas, y está siendo fotografiado en detalle (a 40000 imágenes por loncha). La cadena de TV americana PBS ha realizado un documental (en el que tuve la suerte de colaborar) sobre H.M. y el procesamiento de su cerebro. Annese tiene la intención de crear otros atlas de cerebros afectados por diferentes enfermedades (Alzheimer, Parkinson…), así como de cerebros sanos (que son los más difíciles de obtener). El que quiera donar su cerebro para la posteridad aún está a tiempo de salir en la foto.

Texto escrito por Victoria Puig,
investigadora del Picower Institute (MIT)

APRENDIZAJE A ALTA VELOCIDAD EN EL SOFTWARE CEREBRAL
por Vicky Puig

Se dice que el hombre es el único animal capaz de tropezar dos veces con la misma piedra. Lo que esta expresión viene a decir es que nos cuesta aprender de nuestros errores, en los que algunos de nosotros reincidimos una y otra vez.

Pues bien, nuestro laboratorio en el MIT ha publicado recientemente un artículo donde se describe el mecanismo neuronal que podría explicar este fenómeno tan común. La prensa se ha hecho eco de este descubrimiento, incluido El País, que publicaba hace un par de días un artículo al respecto. Simplificando mucho, el estudio muestra cómo neuronas de ciertas áreas cerebrales aprenden de la experiencia sólo cuando hemos hecho algo correctamente y no cuando hacemos algo mal. Las neuronas son capaces de recordar si una acción reciente recibió una compensación y utilizar esa información para decidir qué hacer en el presente, mientras que si cometemos una equivocación no hay consecuencias inmediatas a nivel neuronal.

A continuación os explico cómo se realizó el estudio.
Se entrenó a dos monos a aprender asociaciones entre imágenes y movimientos con los ojos. Las imágenes se presentaban en el centro de la pantalla del ordenador (Cue), tras lo cual los animales tenían un segundo para recordar la asociación (Delay). Los movimientos de los ojos debían dirigirse a un punto a la derecha o a la izquierda de la pantalla (Response). Por ejemplo, cuando aparecía la imagen de arriba debían mirar al punto de la derecha y cuando aparecía la imagen de abajo debían mirar al punto de la izquierda. Cada una de las imágenes se presentaba un 50% de las veces de forma aleatoria. Los animales aprendieron las asociaciones por prueba y error repitiendo cientos de veces la misma tarea (de hecho todavía lo hacen cada día en el laboratorio): cuando el movimiento de los ojos era el correcto recibían zumo, pero cuando el movimiento era el incorrecto no recibían nada.

Mientras los monos aprendían las asociaciones mis compañeros registraban neuronas en dos áreas del cerebro que se sabe que son esenciales para el aprendizaje: la corteza prefrontal y el núcleo caudado. Se observó que algunas neuronas disparaban más rápidamente cuando la prueba se completaba con éxito en comparación a cuando la prueba se realizaba incorrectamente. Hasta ahora se sospechaba que la distinta actividad relacionada con el premio o la ausencia de premio era fundamental para el proceso de aprendizaje, pero no se conocía el mecanismo. Este nuevo trabajo propone un mecanismo celular que explica el aprendizaje a corto plazo (de segundos a minutos).

Hasta ahora se habían propuesto dos modelos para explicar las bases neuronales del aprendizaje: 1) la actividad neuronal relacionada con el premio induce un cambio rápido del cableado neuronal reforzando las conexiones sinápticas entre las neuronas, y 2) la actividad neuronal asociada con el premio se mantiene de alguna forma en las redes de neuronas en forma de potenciales de acción, posiblemente sincronizados. Los dos modelos no son excluyentes y es muy probable que coexistan en el cerebro, pero todavía no se ha podido demostrar.
Para los neurocientíficos estos dos mecanismos tienen bases fundamentalmente distintas: en un modelo la memoria se guarda físicamente (se cambia el hardware), mientras que en el otro la memoria se ‘mantiene’ en forma de actividad (se cambia sólo el software). Una importante diferencia entre estos dos modelos es que los cambios físicos en el cerebro necesitan minutos para producirse -y en muchos casos horas- porque requieren la síntesis de proteínas, mientras que el mantener la actividad en redes neuronales permitiría una memorización inmediata.

Este nuevo trabajo confirma que durante los primeros segundos del proceso de aprendizaje el cerebro memoriza utilizando el software, sin descartar que ocurran cambios en el hardware a más largo plazo. Los resultados han aparecido tras el análisis detallado de la actividad neuronal relacionada con el premio. Cuando los monos recibieron el zumo la actividad de algunas de sus neuronas aumentó y se mantuvo elevada durante muchos segundos, el tiempo suficiente para influenciar la actividad de la prueba siguiente. Además, inmediatamente después de una respuesta acertada, las neuronas procesaron la información de modo más preciso y efectivo en comparación a si la respuesta anterior estaba equivocada. Es como si tomáramos una instantánea del cerebro aprendiendo, donde las neuronas van aumentando y refinando poco a poco su actividad (prueba correcta tras prueba correcta) para codificar el aprendizaje. Estos resultados sugieren que para recordar algo durante unos segundos o minutos no es necesario cambiar las conexiones físicas entre las neuronas.

Sorprendentemente, los cambios en la actividad neuronal comentados arriba no ocurrieron cuando los monos cometían un error y no recibían el zumo. Básicamente, los errores apenas indujeron algún cambio a nivel neuronal, y no ayudaron a mejorar el aprendizaje de los animales. Esto sugiere que los monos aprendieron más de los aciertos que de los errores. Es esencial dejar claro que estamos hablando de puro aprendizaje de asociaciones abstractas, donde un acierto implica un premio y un error implica la ausencia de un premio y no un castigo. Está bien demostrado que cuando un error conlleva un acto desagradable o repulsivo sí existe aprendizaje a nivel neuronal.

Este estudio aporta ideas valiosas para empezar a entender por qué algunas personas somos propensas a tropezar con las mismas piedras reiteradamente. Aún más importante es que estos resultados nos ayudan a conocer mejor los mecanismos esenciales del aprendizaje y sugieren que la memoria a corto plazo puede mantenerse en el software sin necesitar cambios en el hardware cerebral.

Reconozco que este post puede ser dificilillo de entender. El aprendizaje y la memoria son fenómenos extremadamente complejos, y es difícil explicarlos mediante mecanismos simples. Sobretodo porque los mismos científicos no comprendemos aún las reglas básicas del juego. Por favor, no dudéis en preguntarme todo lo que no os ha quedado claro.

Texto escrito por Miquel Bosch,
investigador del Picower Institute (MIT)

LOS SUEÑOS DE LAS ESPONJAS DE MAR”, por Miquel Bosch

Reconozco que a menudo a los neurocientíficos se nos va un poco la mano con esto del prefijo “neuro-“. Lo ponemos en todas partes: que si neuroeconomía, neuroética, neuromarketing, neuropolítica… En fin, una exageración total. Dicho esto, y con vuestro permiso, voy a introducir una nueva palabra: neuroevolución.
¿Es posible conocer el proceso evolutivo que ha seguido nuestro cerebro desde el origen del sistema nervioso? ¿Existen huellas o fósiles de cómo eran nuestros circuitos neuronales hace 100 millones de años?
A partir de las marcas y formas de cráneos fosilizados podemos deducir ciertas características del cerebro que contuvieron en su momento, como por ejemplo, que un tipo de Australopithecus tenía una parte de su lóbulo frontal más puntiagudo y por tanto más capacidad de abstracción y decisión que otro homínido de su misma época.
Pero poca cosa más se puede decir. ¿Cómo podemos saber cuándo aparecieron los circuitos neurales que nos hacen humanos, como los que permiten el lenguaje o la planificación del futuro? O yendo aún más atrás… ¿Cuándo apareció la corteza cerebral? ¿Y las propias neuronas? ¿Cuándo se empezaron a comunicar entre ellas?

Neurogenómica comparativa

Solemos imaginarnos a los expertos en evolución como personas curtidas por el sol desenterrando, cepillo en mano, rocas en forma de hueso de algún yacimiento lleno de polvo en Oriente Medio. Pero los hay que trabajan exclusivamente delante de una pantalla de ordenador -puede que también cubierta de polvo- observando pacientemente fósiles tales como este: ATGAACGGTACCGAAGGCCC…
En realidad tenemos un montón de yacimientos dentro de cada uno de nosotros. Nuestro ADN está repleto de genes inactivos y olvidados, de mutaciones fosilizadas de nuestros antepasados más lejanos. Cada una de las células de nuestro cuerpo lleva inscrito en su genoma la historia de nuestra especie. Podemos hallar cicatrices de las batallas luchadas contra los virus o las soluciones que desarrollamos ante los múltiples cambios climáticos que hemos sufrido. Solo se necesita un pico y un cepillo (en este caso una pipeta y un tubo de ensayo) para desenterrar esa cantidad enorme de información.
Eso es precisamente a lo que se dedica la genómica comparativa , una rama de la biología que está causando una auténtica revolución en el campo de la paleontología. Comparando las secuencias de los genes de diferentes especies podemos saber cuándo se bifurcaron sus historias evolutivas o cuándo se inventó una determinada habilidad, como el lenguaje, la visión en colores, los pelos, la respiración o los contactos sinápticos.

¿Sueñan las esponjas de mar con ovejas porosas?

La respuesta es… “No!”. Las esponjas -y me refiero a las poríferas, esos animales tremendamente simples y amorfos que viven en el lecho marino- no pueden soñar porque carecen por completo de tejido nervioso, neuronas, alma o cualquier sistema de control central. Por no tener, no tienen ningún órgano o tejido especializado. Son básicamente agregaciones de células que filtran el agua para retener los nutrientes que flotan en ella.
Por eso mi sorpresa fue mayúscula cuando, descuidadamente, me colé en la conferencia que Kenneth Kosik vino a darnos al MIT. Comentaba, visiblemente entusiasmado, que cuando se mudó de Harvard a la Universidad de California decidió hacer realidad uno de sus sueños científicos: dedicarse a buscar los orígenes evolutivos del sistema nervioso. Y no se le ocurrió otra cosa que buscarlos en los únicos animales que no disponen de él, las esponjas de mar.
Mediante las potentes técnicas bioinformáticas que ofrece la genómica comparativa, un estudiante de su laboratorio llamado Onur Sakarya hizo un descubrimiento asombroso: Encontró que la esponja Amphimedon queenslandica, uno de los animales más antiguos y más tontos que podemos encontrar por estos mares, poseía en su genoma prácticamente todas la piezas necesarias para construir las mismas sinapsis que encontramos en el cerebro humano. Pero, ¿para que querrán las esponjas todos esos genes y proteínas sinápticas?

Las sinapsis son, sin lugar a dudas, la clave del funcionamiento del cerebro. Son los puntos de contacto entre las neuronas, allí es donde se comunican, donde se envían mensajes químicos en forma de neurotransmisor. También es allí donde se almacena la memoria, ya que cada uno de los cien billones de sinapsis que tenemos en nuestro cerebro puede cambiar de forma independiente, bien potenciándose, bien debilitándose, grabando así la información que reciben del mundo exterior o de nuestros propios pensamientos interiores.

En las sinapsis encontramos una maquinaria muy especializada, llamada “densidad postsináptica ”, hecha de centenares de diferentes proteínas, cada una colocada en un lugar muy concreto, cada una con un trabajo muy definido que hacer. Forman un andamiaje fuerte pero maleable, que cambia constantemente a medida que aprendemos. Siempre había pensado que debe de haber costado muchos millones de años de dura selección natural para llegar a este diseño tan inteligente y tan eficaz.

Pero resulta que toda esa maquinaria ya ha estado allí desde los mismos orígenes del reino animal. Las esponjas, de las que los humanos nos desviamos evolutivamente hace unos 600 millones de años, ya tienen y tenían entonces la gran mayoría de estos ladrillos moleculares (en azul en la siguiente figura) que constituyen una típica densidad postsináptica humana. Únicamente les faltan unas pocas piezas, como los receptores de glutamato -las “orejas” que reciben los mensajes- (en amarillo en la figura), que no surgirán hasta unos millones de años más tarde con las medusas y las anémonas, y unos pocos elementos proteicos aún más modernos (en verde y rojo) que actúan como pegamento final para unir todas las piezas del puzzle.

En realidad no se sabe qué hacen esas proteínas en las esponjas, pero se sospecha que podrían agruparse para crear proto-conexiones en las larvas, que poseen cierta capacidad de recibir señales del exterior. Otra explicación alternativa es que las esponjas sean, en realidad, reliquias degeneradas de ancestros más evolucionados, y que en algún triste momento de la evolución perdieron su sistema nervioso y se apalancaron en el fondo del mar a vivir una existencia mucho menos estresante.

Los dominios de las proteínas

La lección que podemos aprender del trabajo de Kosik es que la vida evoluciona y soluciona sus problemas reciclando, reutilizando y combinando las piezas que ya tiene. Este fenómeno se conoce como exaptación : aprovechar inventos existentes, viejas estructuras, y reutilizarlas para una función completamente nueva. Otro ejemplo clásico son las plumas de las aves, que en su día fueron una invención de los dinosaurios para regular su temperatura corporal.
¿Y cómo se hace esto a nivel molecular? Simplificando un poco, podemos decir que un gen posee la información para fabricar una proteína, y cada proteína realiza un trabajo concreto en la célula. Pero las proteínas suelen estar formadas a su vez por dominios proteicos , es decir, fragmentos estructuralmente compactos, cada uno con una habilidad única. La función final de esa proteína será la suma de las habilidades de sus dominios. Viendo las proteínas como estructuras con piezas intercambiables (como la cabeza de Mr. Potato®, o como un puzzle, Tetris®, Lego®, Tente®, Mecano®…), podemos hacernos una idea de cómo trabaja la evolución. Recombinando estos dominios se pueden crear una infinidad de nuevas proteínas con propiedades inéditas, y a partir de ahí, funciones, órganos y especies completamente nuevas.
De entre los dominios más famosos, hay uno denominado PDZ que actúa como el Velcro®. Une selectivamente unas proteínas con otras y es crucial para mantener las sinapsis correctamente ensambladas. Los colegas de Kosik descubrieron que la similitud molecular entre los PDZ humanos y los de la esponja era de más del 90%. Es decir, el diseño básico no ha cambiado mucho en los últimos 600 millones de años.

Y es que, en el fondo, si nos ponemos las gafas de bioquímico y comparamos detenidamente los mecanismos moleculares que permiten a los humanos reflexionar sobre el origen del universo o inventar robots que paseen por Marte… y los mecanismos que les permiten a las esponjas llevar su apacible y so-porífera vida en el fondo del mar…pues, la verdad, no hay tanta diferencia.

Ideas. Provocaciones. Conceptos que te hacen reflexionar, dudar, replantearte asunciones. Pensar. Estímulos. Este es uno de los regalos que te ofrece la ciencia.
Haces una viaje relámpago a Boston por temas laborales, visitas a tus excompañeros del programa de periodismo científico del MIT que te acogió durante 10 meses, y te comentan que por la tarde pasarán dos horas en el laboratorio del neurocientífico Jeff Lichtman . Imposible rechazar tal invitación.
Aprietas todavía más tu agenda, y acudes escopetado. Tu mente no está todo lo centrada que desearías, pero se agudiza de golpe cuando al final de su exposición, un neurocientífico de su talla espeta: “no estoy tan seguro que el cerebro del gusano c. elegans sea más simple que el nuestro”.
Suspense.

Brainbow
Jeff Lichtman es el padre de la novedosa metodología para observar el cerebro que en Noviembre del 2007 impregnó todas las portadas de las revistas científicas.
Creando ratones transgénicos cuyas neuronas expresaban de manera estocástica diferentes combinaciones de la proteína fluorescente verde, la roja y la azul, consiguieron imágenes microscópicas de cerebros con neuronas individuales coloreadas al azar en una gama de 90 tonalidades diferentes.
Las imágenes obtenidas con el método brainbow, no sólo son preciosas:

Huele a revolución.
Cajal transformó la neurobiología gracias a su intuición y obcecación, pero posibilitado sobre todo por la tinción de Golgi, que le permitió ver neuronas individuales en un grado de detalle que nunca antes nadie había observado.
La técnica desarrollada por el equipo de Lichtman podría suponer algo parecido en el estudio anatómico del cerebro. Permite diferenciar neuronas vecinas con gran precisión, y además perseguirlas de manera individual por todo el entramado cerebral, y distinguir cómo se conectan unas con las otras.
Uno de los campos más activos en la neurociencia actual es esta “conectómica”, el estudio de cómo se forman los circuitos neuronales, cómo fluye la información a través de ellos, cómo enlazan diferentes áreas del cerebro, y cómo se ven alteradas en caso de enfermedad. El brainbow es una herramienta que promete mapear el cerebro y desentrañar el cableado que forman todas sus conexiones sinápticas.

Poderosa, sin duda, unos pocos critican su utilidad apuntando que no permite hacer experimentos. Sólo “observa” cómo se conectan fragmentos de cerebro y saca conclusiones que no pueden ser probadas experimentalmente. Cuando uno de los asistentes al seminario se lo recordó, Lichtman contestó con cierta sorna “quizás tampoco el Hubble, o la arqueología son de gran utilidad, porque sólo observaban e interpretaban sin hacer hipótesis testables”. Otro compañero insistió: “mi cerebro debe estar conectado de manera diferente al suyo. ¿No es esto una gran limitación?”. “Puede ser, pero no lo sabemos todavía. Lo que aquí tenemos una nueva manera de ver el cerebro. Quien sabe qué nos mostrará”.
Luego llegó la pregunta “¿por qué utilizáis un cerebro tan complejo como el de ratón, y no empezáis por uno simple como el del gusano c. elegans?”.
Lichtman explicó que el mapa neuronal del gusano c. elegans ya está realizado, y que a él le interesa estudiar cerebros parecidos al humano. Pero en seguida frunció el ceño y añadió con tono reflexivo: “además… sin duda es más pequeño, pero no estoy tan seguro que el cerebro de este nematodo sea más simple”.
Caras de escepticismo generalizadas entre la docena de asistentes.

El argumento que dejó entrever fue que las 302 neuronas del c.elegans llevan millones de años haciendo su función; posiblemente ese sistema es más robusto y esconde un mayor grado de especialización y solidez evolutiva. Sólo 302 neuronas conectadas entre sí son capaces de gestionar toda la gama de procesos complejos que permiten sobrevivir a este organismo. Esto no es algo simple. Quizás podríamos considerarlo más eficiente que nuestro enorme pero desbaratado cerebro.

Aquiles y la Tortuga
Demasiado rebuscado. Obvio que el cerebro humano es más complejo, que el de un gusano… ¿a qué viene ahora esa disquisición que no aporta ningún progreso tangible? ¡qué tontería, no?!
Puede. Pero te deja pensativo.
El martes fui a ver la última película de Takeshi Kitano “Aquiles y la Tortuga ” ¿habéis oido hablar de la paradoja de Aquiles y la Tortuga?
El filósofo griego Zenón imaginó una hipotética carrera entre un veloz Aquiles y una lenta tortuga. Consciente de su superioridad, Aquiles ofrecía una distancia de ventaja a la tortuga. Al darse la salida salía raudo hacia ella, pero cuando llegaba al punto donde estaba la tortuga, ésta ya se había desplazado un cierto espacio. Aquiles continuaba persiguiéndola, pero siempre que llegaba donde estaba la tortuga, ésta ya había avanzado un poco más. Al final, Aquiles no era capaz de alcanzar a la tortuga.
Lo se, no tiene ningún sentido. Es evidente que este planteamiento es engañoso y en una situación real Aquiles alcanza sin ningún esfuerzo a la tortuga.
No intento despistaros. Efectivamente la historia elucubrada por Zenón no es ninguna paradoja, y cualquiera que corra más rápido tras un objeto más lento terminará alcanzándolo. Sin embargo, esta “absurda” paradoja y otras formulaciones más modernas en las que Aquiles siempre recorre la mitad de la distancia que le separa de la tortuga, y aunque se acerca, nunca consigue atraparla porque siempre le falta la diminuta mitad, han inspirado a matemáticos y físicos para desarrollar teorías de series infinitas, sumatorios de fracciones…, que además de demostrar que las paradojas de Zenón son falsas, estimulan su imaginación para plantear nuevas reflexiones y preguntas que abordar científicamente. Como la simplicidad o no del cerebro del c.elegans.

Pero ¿y si, como hace la película “Aquiles y la Tortuga” de Kitano, dejamos la realidad de un lado y permitimos que estas reflexiones nos estimulen otras maneras de pensar? ¿No pasaría algo parecido con los sueños? Los persigues, llegas hasta donde se encontraban, y entonces ves que se han desplazado ligeramente. Vuelves a correr hacia él, a perseguir la meta que cumplirá tus expectativas, pero cuado la alcanzas, tu sueño se ha vuelto a alejar. Quizás es en esta búsqueda inquieta y constante es donde radica el sueño en si, y permite que no se desvanezca inmediatamente tras conseguirlo.

Ideas sueltas. Asociaciones libres. Al final bien podría ser que las 302 neuronas del c.elegans formaran una red más robusta que las nuestras, o que la realidad sí contuviera algún subterfugio en el que ubicar la paradoja de Aquiles y la Tortuga. Recordando a la dulce e inolvidable F.P. conversando sobre las triquiñuelas de nuestra existencia: “La vida es una película”. Bacio.

El blog de la revista Wired ha realizado varios posts con su “Top 10” particular de los videos de biología , química , física , y animales .

Veamos una selección de ellos, pero ya avanzo que os voy a solicitar que ampliéis el listado!

Biología

1) Una célula comebacterias
Se podría considerar un clásico, y seguro que hay algún investigador por ahí que nos puede enviar alguna imagen mucho más actual, pero aquí podéis ver cómo un neutrófilo (una célula encargada de proteger a vuestro cuerpo de invasores) se abre camino entre varios glóbulos rojos persiguiendo una bacteria hasta devorarla.

2) El ratón fluorescente.
Los científicos habían introducido el gen de la proteina verde fluorescente para que se introdujera en las células nerviosas del ratón y así poder estudiarlas con un microscopio de fluorescencia, pero se ve que el gen también se expresó en los folículos capilares esparcidos por la piel del ratoncillo…

Química

3) La muerte del osito de goma
No contribuyo demasiado a desterrar esa imagen injusta de la química como algo explosivo y peligroso, pero este video en el que el azúcar de una inocente golosina reacciona violentamente con una sustancia tan oxidante como clorato de potasio es espectacular…

4) Ahora naranja ahora azul... ahora naranja ahora azul...
Si hay algún químico de verdad en la sala, que nos explique cómo puede la mezcla de dos líquidos ir alternando de color como por arte de magia.
(En serio, me gustaría recibir una explicación de este fenómeno…)

Animales

5) La gamba deportista
Hay miles de videos sorprendentes de animales, y os animo a que pongáis más links en los comentarios. A mi me ha hecho especial gracia el de una gamba “corriendo” encima de una cinta mecánica, porque además de simpático resulta que forma parte de un estudio científico real. Los investigadores Scholnick y Burnett querían saber si las infecciones bacterianas no letales afectaban a la movilidad de las gambas, y por tanto a su riesgo de ser depredadas. Cuando pusieron a la gamba sana en la cinta, para su sorpresa, estuvo corriendo varias horas seguidas.

6) Battle at Kurger
Es largo, no tiene demasiado trasfondo científico, y probablemente ya lo habéis visto, pero reservaos 8 minutos cuando los tengáis para ver entero uno de los enfrentamientos entre animales más espectaculares que jamás se hayan filmado.
(para colmo de los pacientes cámaras de reportajes de naturaleza, la sorprendente secuencia vista casi 40 millones de veces en Internet, fue grabada por un turista…)

Física

7) Música con electricidad
Nunca me había imaginado que las chispas producidas por una bobina pudieran ajustarse hasta crear tonos musicales. Electricidad como instrumento musical. Impresionante.

8) El rap del LHC
Sin perder el hilo musical veamos el rap subtitulado con el que jóvenes investigadores del Large Hadron Collider explican de maravilla cómo funciona el mayor experimento científico de la historia, y para qué servirá.

Cosecha propia

9) El gusano de 8 cabezas
Yo tengo debilidad por este video que nos ofreció en exclusiva para el blog el investigador Peter Reddien del Whitehead Institute del MIT, y que representa la mayor hazaña conseguida en regeneración de planarias. Modificando un gen y realizando cortes en el gusano, consiguieron un único individuo con 8 cabezas.
(más info en el post original )

10) ¿Dónde está el pulpo?
Quizás lo habéis visto ya en otras webs, pero no puedo dejar de mencionar este video que nos mostró en persona Robert Hanlon, el científico que lo grabó, en la Institución Oceanográfica de Woods Hole. Significó el segundo post escrito en este blog …

11) La neurona recordando
También en los albores del blog el neurocientífico Miquel Bosch nos mostró en un post una imagen de su microscopio multifotónico en la que se observaba una neurona en pleno proceso de grabar memorias en una sinapsis.

Se admiten valoraciones sobre los videos. También estoy convencido que conocéis otros tan buenos o más que estos; os propongo que compartamos los links en los comentarios.

Y si algún investigador tiene o conoce un video cuyo trasfondo quiera explicarnos en detalle, que me lo envíe a la dirección pere (arroba) givemescience.com . Hay premio para todos los participantes!: unas cervezas en Washington DC con viaje no incluido :)
A ver si podemos hacer un “top ten” que ruborice al de Wired…

Si se trata de convertirse en un explorador científico, las sesiones de pósters de los congresos científicos son una oportunidad ideal.
Centenares de investigadores cuelgan los resúmenes de sus trabajos en un plafón y durante varias horas atienden gustosos a todo aquél que quiera preguntarles algo sobre ellos.
La mayoría de estudios todavía no están publicados en revistas de referencia y no han pasado ese proceso de peer review que les acredita como un trabajo relevante. Hasta esa revisión de expertos previa a la publicación, la “verdad” científica no está otorgada y en principio no debes fiarte a ciegas de los resultados que se presenten, pero pasearte entre los más de 10.000 pósters que se expusieron durante el congreso de neurociencia de Washington DC, ir leyendo títulos aleatoriamente, y poder preguntar sobre aquello que más te llame la atención, para el freak científico es como el buffet libre de un hotel de lujo. A comer hasta que el cerebro no de más de sí.
En este post recogeré algunas conversaciones y os intentaré transmitir la sensación que puede producir inmiscuirse sin objetivo definido entre tal concentración de conocimiento.

La primera parada significativa fue ante un poster asegurando que el amor romántico intenso puede durar toda la vida, no tiene porqué decaer o cambiar a medida que la relación va cumpliendo años.
Bianca Acevedo de la State University en New York realizó fMRI de parejas que decían llevar enamoradas más de 20 años, y comprobó que al ver fotografías de sus compañer@s se activaban las mismas áreas cerebrales que otras parejas que acababan de enamorarse. Además, en las relaciones largas se apreciaba mayor actividad en zonas relacionadas con los lazos afectivos, y un descenso en circuitos relacionados con la obsesión. El trabajo de Bianca y Helen Fisher dice ser la primera evidencia fisiológica de que el enamoramiento puede mantenerse intacto mucho más tiempo de lo que se creía.

Continuando la expedición me encuentro a Leonardo Tonelli, psiquiatra de la Universidad de Maryland investigando la relación entre las alergias y la ansiedad. “¿cómo un efecto indirecto del malestar?” pregunté grabador de voz en mano.
Leo respondió “no, no… es un efecto primario; durante las alergias hay una reacción inflamatoria específica que nosotros pensamos que induce ansiedad. Cuando sufres una infección tu sistema inmunológico secreta citoquinas, moléculas que actúan en el cerebro y producen cambios de estados de ánimo, letargo, malestar… Esto ya está demostrado. La alergia es diferente, pero pensamos que las citoquinas específicas de la alergia actúan en una zona concreta de la corteza prefrontal del cerebro, muy próxima a la inflamación de las vías nasales, y contribuyen a la aparición de ansiedad patológica en personas susceptibles.”

Hiuyan Lau diseñó un test para comprobar si una siesta durante el día mejoraba la memoria y la capacidad de relacionar conceptos. Mostró caracteres ortográficos chinos a estudiantes de habla inglesa, y envió a la mitad de ellos a echar una siesta. Los que habían dormido recordaban mejor el significado de los caracteres, pero además, cuando se les mostraban nuevos grafismos formados por la combinación de los caracteres que ya conocían, eran capaces de intuir mucho mejor qué nueva palabra codificaban.
Según los resultados de su estudio, una siesta no sólo es efectiva para guardar memorias, sino también para reorganizarlas y extraer conceptos generales a partir de ellas.

Mi cerebro pedía estimulantes y fui a tomar un café con el canadiense Simon Overduin, amigo y excompañero del MIT . Ya puestos le pides que te explique de una vez qué intenta descubrir en su laboratorio, y te cuenta que analiza las diferencias de la actividad cerebral de las personas cuando hablan en voz alta con alguien, o cuando hablan para sí mismos sin pronunciar sonido alguno. Quiere ver si sólo hay diferencias en zonas motoras. Su verdadero interés está en el estudio de la conciencia, y en saber qué tiene en común esa voz profunda dentro de su cabeza, con lo que el cerebro planea expresar de manera audible. Todo es lenguaje, pero ¿procesa diferente el cerebro lo que piensa para él, de lo que planea decir a los demás?

Victoria Puig se negó a explicarme en sólo 4 frases todas sus técnicas, objetivos y estudios con macacos intentando averiguar cómo se procesan pensamientos complejos a nivel neuronal.
Pero a cambio fue quien me sugirió que prestara mucha atención a los temas de manipulación de neuronas con luz óptica y a los circuitos cerebrales. Y para colmo se ofreció a explicarnos más adelante sus investigaciones si le cedemos más espacio.
Como no Vicky! Un post entero te está esperando... ☺

Caracterizar circuitos cerebrales es precisamente para lo que quiere utilizar James Marshel la nueva técnica que ha desarrollado en la Universidad de California. Fui a verle atraído por el tumulto de gente que rodeaba su poster. En lugar de machete utilicé mi pase de prensa para abrirme camino entre la selva de científicos. Valió la pena. Me explicño que el cerebro está compuesto de centenares de tipos de neuronas diferentes, y que se conectan entre ellas formando circuitos con patrones de actividad específicos.
Él quiere marcar tipos celulares concretos para caracterizar la red neuronal que forman, y ver cómo esta conectividad se relaciona con una función determinada. Para eso utiliza un virus de conejo con el que introduce en las neuronas genes que codifican una proteína fluorescente. Así puede rastrear in vivo el funcionamiento sólo de un tipo celular específico.

Confieso que inicialmente presté atención al poster de Hao Huang por la expresión tan sonriente de su cara. Luego quedé noqueado tras leer el título de su trabajo “Bombesin-related neuropeptides excite hypothalamic melanin-concentrating hormone neuronsBombesin-related neuropeptides excite hypothalamic melanin-concentrating hormone neurons”… Uff!
Le dije: “Oye, yo no soy científico, ¿qué es la bombessin?”. Cambio de cara, máxima apertura posible de ojos, gotita de sudor por la frente… y explicación. Creí entender que la bombessin era una proteína que primero se descubrió en ranas, y luego se vio que jugaba un papel importante en el metabolismo de mamíferos. Se cree que está implicada en la regulación del impulso hacia la comida. Me explicó su investigación con los receptores de bombessin y los mecanismos por los que actúan en unas neuronas determinadas, pero la gotita empezó a caer por mi frente y no me atrevo a transcribir mucho más… Además, como su trabajo todavía no estaba publicado me pidió que no os explicara los detalles, y que en la foto no saliera el póster, no sea que alguno de vosotros le plagiéis la investigación antes que tenga tiempo de enviarla a una revista científica.

A Manuel Castellano lo conocía del interesantísimo tour que me ofreció hace unos meses por su laboratorio en la Rockefeller University de NY, donde estudia cómo las células ciliadas del oído son capaces de transformar un estímulo físico en una señal nerviosa. Es impresionante.
Manolo quiere entender porqué si estás en una fiesta ruidosa con alguien que habla muy bajito al principio no te enteras de nada, pero al rato entiendes perfectamente lo que te está diciendo. Eso ocurre porque las neuronas que van del cerebro al oído son capaces de ordenarle a las células ciliadas qué debe oír, y qué no debe oír tu cerebro; "afinan" el oído para percibir la voz de esa persona sin hacerle caso al resto de los sonidos que se producen a su alrededor. Se llama el efecto Cocktail Party.
Cuando le pregunté de manera más general por el congreso, también me dijo: “channelrhodopsin y halorhodopsin! ”, y añadió que un congreso así era más provechoso científicamente para alguien como yo que para los propios investigadores. Para ellos, lo fundamental de este evento es el networking y entablar relación directa con las personas que trabajan en tu campo.

Susheel Vijayraghavan del NIH me contó algo parecido. “Yo trabajo en el efecto de las monoaminas en el aprendizaje y la memoria, pero esto no es interesante. Disfruta del espíritu festivo de este carnaval de la neurociencia!. El congreso te da una visión holística muy buena de lo que está pasando en el campo. Este año lo que más me ha impresionado son las nuevas herramientas de investigación que permiten activar y desactivar neuronas para seguir sus circuitos. Estos grandes saltos en fisiología cerebral me dan la esperanza de que en el futuro podamos abordar algunas cuestiones por ahora intratables. Oye, te doy un toque el fin de semana, ok?”

La canadiense Mayte Parada de la Concordia University en Montreal se dedica a estimular manualmente el clítoris de las ratas (una técnica llamada CLS), y luego matarlas de golpe para extraerles sus cerebros y mirar qué zonas se tiñen por presencia de la proteína FOS, una indicación del área que estaba más activa en sus últimos instantes de vida. Mayte ha observado que cuando aplicaba una estimulación cada 5 segundos durante un minuto, la reacción cerebral era ligeramente diferente a cuando se estimulaban una vez por segundo.
Mayte me aseguró que todavía no se entienden bien los mecanismos fisiológicos del placer sexual femenino, y que muchas mujeres que no logran excitarse se frustran cuando quizás existe alguna disfunción física encubierta que podría ser tratada.

Y ya fuera de la sesión de pósters me cité con el crack valenciano Jose Carmena, con quien había contactado gracias a un comentario recibido en este post .
Hace 5 años, cuando hacía su postdoctorado en Duke, Jose ya consiguió que un mono moviera un brazo robótico a distancia, leyendo e interpretando la actividad de las áreas motoras del cerebro del mono cuando pensaba en mover su propio brazo.
Uno de los aspectos que faltan por solucionar de este control mental de neuroprótesis es que los mapas neuronales implicados no son del todo estables y necesitan ajustes diarios.
Ahora Jose Carmena dirige su propio laboratorio de Brain-Machine-Interfaces en la Universidad de Berkeley, donde investiga para entender mejor la representación neuronal de los movimientos y encontrar señales que se mantengan estables en el tiempo. En su comunicación del congreso anunció que dos de sus macacos habían consolidado la habilidad prostética motora durante varios días. Oiréis hablar más de sus investigaciones, no sólo en este blog.
Conocer a Jose y terminar cenando pescado con él y otros neurocientíficos en "El Sol de España" fue un inmejorable colofón a 5 días inmerso en el apasionante estudio del cerebro.
Ahora toca mover nuestras neuronas hacia la exploración de nuevos parajes científicos.

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.

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¿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