Neuronas como estrellas: investigadores crean mapa computarizado de la sinapsis cerebral

La diversidad y complejidad de las conexiones cerebrales sólo puede compararse a la magnitud y exquisitez del cielo nocturno.

La complejidad del cerebro humano es mucho más rica y numerosa que las estrellas del universo visible. ¿Qué aprenderíamos si lográramos conocer las interacciones entre cada neurona individual, y los patrones mediante los que se comunican? ¿Qué produce los trastornos mentales más acuciantes y cómo podemos curarlos? Probablemente, aprenderíamos mucho acerca de la manera como pensamos y como funciona nuestra memoria.

En un nuevo estudio publicado en la revista Cell, investigadores de la Universidad de Edimburgo (Reino Unido) lograron construir el primer mapa detallado de las sinapsis del cerebro de ratones modificados genéticamente.

El responsable del estudio es el doctor Seth Grant, del Center for Clinical Brain Sciences, quien afirma que:

Existen más sinapsis en el cerebro humano que estrellas en la galaxia. El cerebro es el objeto más complejo que conocemos y comprender sus conexiones a este nivel es un gran paso hacia desentrañar sus misterios.

Como estrellas en un mapa del espacio, cada neurona toma el papel de una galaxia, y la comunicación entre ellas (conocida como sinapsis) como si fuera una estrella. Supongamos que cada una de estas conexiones pudiera distinguirse de las demás: el resultado es una exquisita gama de relaciones eléctricas y proteínicas que muestra la variedad y especificidad de las funciones cerebrales. De este modo, el mapa del cerebro de estos ratones constituye una especie de mapa de las constelaciones que llevan a cabo distintas acciones y tareas.

Para lograr esto, los científicos crearon algo llamado SYNMAP. La modificación genética de los ratones produce un brillo distintivo para diferentes tipos de sinapsis, según la proteína que esté en juego. Al añadir proteína fluorescente, los investigadores fueron capaces de seguir el recorrido de una misma ruta neuronal para después catalogarla.

 

Sinapsis como constelaciones iluminadas

Los investigadores utilizaron un algoritmo para categorizar los miles de millones de sinapsis en 37 subtipos, cada uno de los cuales está asociado a un lugar del cerebro, así como a una respuesta física o mental (un movimiento, una decisión, un recuerdo, etc.). Para clasificarlas, el equipo desarrolló un algoritmo capaz de ordenar sin supervisión humana los más de 10 terabytes de información. Cada subtipo es distinto entre sí como una huella digital, a la cual llamaron “huella de synaptome“.

La imagen sináptica parece un conjunto de estrellas, todas brillando en distintos colores. Una conclusión provisional es que el cerebro puede procesar múltiples funciones dentro de una misma región, a través de diferentes synaptomes.

El objetivo de este enorme esfuerzo para mapear las redes sinápticas es entender cómo funcionan en los cerebros normales y patológicos (por ejemplo, en aquellos con trastornos como las alucinaciones, la esquizofrenia o el espectro autista) y, dado el caso, proponer tratamientos futuros que modifiquen la manera en la que el cerebro se comunica.

Otro posible resultado a futuro sería comprender la arquitectura del “connectome“, esto es, la distribución espacial de las sinapsis que produce el pensamiento. El connectome podría ser la clave para futuros esfuerzos de emulación cerebral computarizada, algo que parece salido de una novela de ciencia ficción, pero a lo que la investigación neurológica tiende a pasos agigantados. Los científicos advierten, sin embargo, que este es apenas un primer paso en ese esfuerzo titánico.



Lo que los monjes budistas le enseñan a la neurociencia (Estudios)

El budismo y la neurociencia mantienen un diálogo donde los científicos y los monjes aprenden unos de otros.

Tal vez ninguna práctica espiritual se haya ocupado tanto de la mente como las diferentes ramas del budismo. La mente no es externa al cuerpo ni es el cuerpo: es la naturaleza de todas las cosas. La mente, nos dice una antigua enseñanza, es como el viajero que se hospeda en la posada del cuerpo. Al morir el cuerpo, la mente viaja a un nuevo aposento y continúa su viaje por subsecuentes ciclos vitales.

Aunque el aspecto religioso del budismo sea muy distinto al de las creencias predominantes en Occidente, lo cierto es que desde los años 60 del siglo pasado el budismo ha gozado de una enorme popularidad. Esto también produjo una ola de interés científico por las aparentes proezas que los monjes budistas son capaces de realizar.

 

Rompiendo la barrera del yo

Zoran Josipovic es investigador en neurología de la Universidad de Nueva York y monje budista. Para él, la investigación sobre la meditación “es muy promisoria, porque señala la capacidad del cerebro para cambiar y optimizarse de maneras que no sabíamos que eran posibles”. Durante su investigación pionera, Josipovic analizó los cerebros de 20 monjes experimentados mediante un aparato de resonancia magnética. En términos normales, los cerebros humanos se organizan en dos sistemas diferentes: la red neuronal extrínseca, activa cuando nos enfocamos en tareas sociales o que involucran movimientos, y la red neuronal intrínseca (o por defecto), que sirve para la gestión emocional. 

La mente no dual, aquella a la que aspiran los practicantes y en la cual la aversión y el deseo han sido rebasados, podría ser la contraparte del hecho de que las zonas del cerebro responsables del amor y del odio funcionan bajo patrones muy similares

Por su parte, Richard J. Davidson, profesor de psicología y psiquiatría de la Universidad de Winsconsin-Madison, descubrió que quienes practicaron la meditación durante un largo tiempo “mostraron activación cerebral a una escala que nunca habíamos visto antes”, a lo que añade que “su práctica mental está teniendo efectos en el cerebro de la misma forma que la práctica del golf o el tenis mejoran el rendimiento”. Esta metáfora resulta certera en el caso de los futbolistas que practican algún tipo de meditación.

Aprender junto a los monjes budistas sobre ese extraño viajero que es la mente ha permitido que los investigadores comprendan mejor la posada del cuerpo. Aquí algunos de los más destacables descubrimientos:

Es posible modificar el funcionamiento y estructura cerebral

Davidson descubrió que los monjes budistas tibetanos pueden incrementar la neuroplasticidad, la capacidad del cerebro para aprovechar nuevas experiencias para crear cambios duraderos y nuevas conexiones. Sin embargo, no es un logro que sea posible a corto plazo:

Luego de decenas de miles de horas de meditación, los practicantes habían alterado la función y estructura de sus cerebros.

Trycicle.org

 

Es posible alterar la percepción visual y la atención

¿Sabes poner atención? Una persona que no practica meditación es capaz de mantener la atención sobre un objeto durante 2.6 segundos en promedio. Comparado con esto, un monje es capaz de mantener una constante percepción visual de un objeto durante 723 segundos.

Se estableció este dato luego de que un equipo conjunto de la Universidad de Queensland en Australia y de la Universidad de California en Berkeley viajaron al Tíbet a estudiar la percepción visual de 76 monjes budistas, y la compararon con la de un grupo de control.

El estudio se centró en el efecto que tiene la meditación sobre la “rivalidad binocular”, un fenómeno natural que puede potenciarse al presentarle a cada ojo una imagen distinta. Durante un fenómeno de rivalidad perceptual (que también puede ocurrir en otros sentidos, como el oído o el olfato), la atención del cerebro se desplaza imperceptiblemente entre dos estímulos sin enfocarse en ninguno.

La prometedora conclusión es que, luego de años de meditación, un monje es capaz de disminuir e incluso controlar este desplazamiento para no permitir que su atención divague entre dos estímulos. 

 

Es posible ser más feliz

El monje francés Matthieu Ricard ha sido llamado por los medios “el hombre más feliz de laTierra”, y podría haber algo de razón en ello. Ricard posee un doctorado en genética molecular, pero desde los años 70 vive en el Tíbet, y suele acompañar al Dalái Lama como intérprete en países de habla francesa.

En el 2004, Ricard participó junto a Davidson (¿lo recuerdas?, el científico que líneas más arriba afirmó lo de la “activación cerebral a escala nunca vista”) en una investigación para cuantificar los efectos de la meditación en el cerebro. Gracias a dicho estudio se determinó que Ricard produjo niveles de emoción positiva en el córtex prefrontal izquierdo a una intensidad que jamás había sido registrada en la literatura científica.

Sin embargo, para Ricard el secreto de la felicidad es algo muy sencillo: no buscar el amor egoísta, sino la práctica continua y activa de la compasión.

 

Es posible incrementar la empatía

La empatía ocurre cuando sincronizamos nuestro estado de ánimo con las emociones de otra persona. La Universidad de Stanford tiene todo un instituto de investigación dedicado a la empatía y el altruismo, en donde el neuroeconomista Brian Knutson analizó el cerebro de algunos monjes mediante un aparato de imagen por resonancia magnética para medir la respuesta del núcleo accumbens, parte del circuito de riesgo y recompensa del cerebro. Cuando experimentamos emociones placenteras, como tener relaciones sexuales o tener un golpe de suerte, nuestro cerebro secreta serotonina, un neurotransmisor que nos enseña a promover ciertas acciones en lugar de otras.

La investigación de Knutson mostró que “la visión del mundo del budismo puede ofrecer información potencialmente interesante sobre los circuitos de recompensa subcortical involucrados en la motivación”.

Como hemos mencionado en otro artículo, el cerebro no es una computadora, ni funciona exactamente como una. No obstante, los experimentos han mostrado que, hasta cierto punto, es posible programar el cerebro para producir la sensación de bienestar.

Cuando los monjes meditan sobre “amor incondicional, amabilidad y compasión” sus cerebros generan ondas gamma, las ondas cerebrales con oscilación de aproximadamente 40 ciclos por segundo, que son indicadoras de una altísima atención y difícilmente captables. A pesar de ello, las ondas gamma de monjes como Ricard son fácilmente captables incluso en un encefalograma.

Esto se traduce en que podemos enseñar a nuestro cerebro a secretar serotonina (es decir, a ser más feliz) simplemente al meditar y ejercitar la amabilidad y la compasión, lo cual reafirma la idea de que la meditación podría revertir o ayudar a paliar los efectos de la depresión y otros padecimientos psiquiátricos.

El diálogo entre la religión y la ciencia no tiene una historia muy amable. Sin embargo, el mutuo interés de los practicantes de budismo por dar a conocer al mundo los beneficios de su práctica, así como la curiosidad de los científicos por comprender y cuantificar dichos beneficios, han producido un intercambio luminoso que nos invita a un nuevo enfoque sobre la mente humana: un enfoque donde las emociones no sean descartadas, ni donde la razón tenga la última palabra.

 

 

* Imagen de portada: Lion’s Roar



El funcionamiento del cerebro no es como el de una computadora (y eso es maravilloso)

Durante medio siglo, se ha dicho que el funcionamiento del cerebro es comparable con el de las computadoras. Una reciente investigación lo desacredita, formulando una nueva postura.

Somos organismos, no computadoras. La metáfora de que el funcionamiento del cerebro es como el de una computadora ha tenido una duración de medio siglo, y no ha aportado mucho conocimiento en la esfera científica.

Para algunos científicos valientes, ha llegado el momento de eliminar esta idea y continuar con el gran reto de entendernos a nosotros mismos, sin enredarnos en un laberinto intelectual innecesario.

como funciona cerebro computadoras

La cantidad de científicos que han concluido y comparado el funcionamiento del cerebro con el de una computadora es inmensa. Y no se trata de señalar culpables, sino de observar que esta máxima inició por un planteamiento lógico mal hecho.

Para el científico Robert Epstein, psicólogo e investigador del American Institute for Behavioral Research and Technology, la creencia que detonó todo fue:

  • Argumento razonable n.°1: todas las computadoras son capaces de comportarse de forma inteligente.
  • Argumento razonable n.°2: todas las computadoras son procesadores de información.
  • Conclusión errónea: todas las entidades que son capaces de comportarse de manera inteligente son procesadores de información.

Los argumentos fueron razonables, pero erróneos. En la era donde la desinformación desborda las redes, la neurociencia empieza a poner un alto a esta metáfora reduccionista para iniciar el cambio de paradigma.

 

Relación máquina-cerebro

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Ilustración: Santiago Ramón y Cajal

Lo que argumenta Epstein en un ensayo es que las maquinas diseñadas (hasta hoy, por seres humanos) se basan en la composición de elementos simples con funciones claramente definidas e independientes del contexto.

Existe capacidad para resolver, procesar y recuperar información de manera exacta y precisa. Pero así no es el funcionamiento del cerebro, un órgano vivo que además de resolver, procesar y recuperar información (no exacta siempre), se caracteriza principalmente por un comportamiento adaptativo. He ahí la contradicción.

Las computadoras, literalmente, procesan información: números, letras, palabras, fórmulas, imágenes. La información primero tiene que estar codificada en un formato que las computadoras pueden usar, lo que significa patrones de unos y ceros (‘bits’) organizados en pequeños trozos (‘bytes’).

En contraste, el funcionamiento del cerebro no es a partir de algoritmos o un sistema binario. Al contrario, es un organismo que se moldea según las experiencias que vive. Y ahí está lo maravilloso, porque eso quiere decir que en verdad cada persona es única e irrepetible, no sólo porque tiene un cerebro diferente sino porque a lo largo de su vida su cerebro se modificará a partir de los patrones, estímulos hábitos, conductas y respuestas que ocurran.

 

¿Cómo funciona el cerebro?

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Ilustración: Santiago Ramón y Cajal

El ejemplo que pone Epstein es el de un bebé. Un recién nacido no nace con información, ni en su crecimiento aprende a almacenar palabras o reglas que le digan cómo manipularlas.

No crea representaciones de estímulos visuales, las almacena en un búfer de memoria a corto plazo y luego la transfiere -exactamente igual- a la representación a un dispositivo de memoria a largo plazo.

No recuperamos información, imágenes o palabras de registros de memoria. Las computadoras hacen todas estas cosas, pero los organismos no.

 

Epstein no está solo, la biología molecular y la meditación lo apoyan

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Durante 4 mil millones de años, lo que vivió y murió en la Tierra dependía de dos principios: la selección natural y la mutación aleatoria. Luego vinieron los humanos y cambiaron todo: hibridaron plantas, criaron animales, alteraron el medio ambiente e incluso evolucionaron a propósito.

Ese es el planteamiento que hace Juan Enríquez, académico y escritor experto en temas de genómica, para evidenciar que es posible programar y transformar lo que él llama un ‘código de vida’:

Resulta ser un poder increíble para cambiar virus, plantas, animales, quizá incluso para evolucionar nosotros mismos (…) ¿Recuerdan el mito griego en el que se mezclan animales? Bueno, algunos de estos tratamientos terminan cambiando el grupo sanguíneo. (…) Así que recibir médula ósea de otra persona puede cambiar algunos aspectos fundamentales de uno mismo, pero también le salva la vida. Y mientras lo piensan, esto es algo que pasó hace 20 años.

 

¿Cambiar una médula ósea sin que afecte al cerebro?

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Otro ejemplo es el que pone Lera Boroditsky sobre cómo el lenguaje cambia la manera en que pensamos. Si el cerebro funcionara con algoritmos para reaccionar de cierta forma a partir de, por ejemplo, hablar español, entonces colapsaría si aprendiéramos italiano o alemán.

Las personas que hablan diferentes idiomas le prestan atención a diferentes cosas, dependiendo de las necesidades del lenguaje. Si les mostramos un mismo accidente a hablantes de inglés y de español, los hablantes de inglés van a recordar quién lo hizo, porque el inglés te exige decir: “Él lo hizo, él rompió el jarrón”. En cambio, los hablantes de español no van a recordar quién lo hizo si se trató de un accidente, pero les será más fácil recordar que se trató de un accidente. Son más propensos a recordar la intención.

Y desde la neurociencia, Sara Lazar, neurocientífica escéptica (en un inicio) respecto de las bondades de la meditación, comprobó a través de un estudio a un grupo de voluntarios meditadores que en 8 semanas el cerebro podía manifestar cuatro cambios significativos.

Los cambios ocurrieron en la corteza cingulada posterior, asociada con la divagación y la importancia de sí; en el lado derecho del hipocampo, asociado con el aprendizaje; en la juntura temporoparietal, donde se procesan la toma de perspectiva, la empatía y la compasión; y en el puente troncoencefálico, donde se produce una buena cantidad de los neurotransmisores.

 

Entonces, ¿cómo entendemos el funcionamiento del cerebro?

sonidos binaurales mente cerebro

Sin duda, la metáfora de las maquinas nos permite soluciones sencillas pero también simplistas, que invisibilizan las propiedades más fundamentales de los organismos vivos.

¿Cómo dar cuenta científicamente de los organismos y de sus comportamientos con rigurosidad científica, pero sin reducirlos a meros mapeos de entradas y salidas?

Esta pregunta la hace Jorge Ibañez en un artículo para OpenMind que habla sobre la psicología ecológica. Según Ibañez, el enfoque que define a un organismo desde esta perspectiva (una vertiente minoritaria de la psicología) es la manera particular en que se entrelazan estructura y función para acoplarse adaptativamente al entorno.

El reto de esta corriente que pretende acabar con la analogía de la mente-ordenador, que ha bloqueado el avance científico para lograr una teoría cognitiva unificadora, es entender cómo la constitución material del organismo posibilita de maneras específicas el comportamiento intencional adaptativo.

Es momento de despertar hacia una nueva visión: el cerebro no está vacío, por supuesto, pero no contiene la mayoría de las cosas que la gente piensa que tiene. Eso deja mucho espacio para recibir nueva información.