Cerebro

Escuchando a las neuronas del cerebro humano.

Autor: Rodrigo Quian Quiroga y Gabriel Kreiman
Fuente: Gabriel Kreiman (Colaborador GenAltruista). Center for Biological and Computational Learning, MIT, McGovern Institute for Brain Research.
E-Mail: kreiman@mit.edu
Web: http://www.mit.edu/~kreiman

Escuchando a las neuronas del cerebro humano

El cerebro humano posee alrededor de 100.000 millones de neuronas. Para tener una idea de la magnitud de este número basta decir que hay más neuronas en nuestro cerebro que estrellas en la galaxia. Una de ramas mas apasionantes de la ciencia moderna es el estudio del cerebro y de como la actividad de millones de neuronas da lugar al comportamiento humano. La mayor parte de lo que conocemos sobre el funcionamiento del cerebro a nivel de las neuronas proviene del cuidadoso estudio de modelos animales incluyendo ratones, gatos y monos. En estas especies se pueden introducir en el cerebro filamentos de diametro menor al de un cabello (electrodos) usando avanzadas técnicas quirurgicas, y asi poder "escuchar" los disparos de las neuronas cercanas a la punta del electrodo. Si bien esta técnica ha sido muy util para estudios en animales, su aplicación a seres humanos es muy limitada por obvios motivos éticos.

En humanos, la mayoria de estudios son no-invasivos en el sentido que no requieren de intervencion quirurgica alguna. Ejemplos de estos estudios son los registros electroencefalograficos a traves de electrodos aplicados sobre el cuero cabelludo y los estudios de resonancia magnetica por imagenes. Un caso excepcional es el estudio de pacientes con epilepsia. Entre un 10% y 20% de estos pacientes no responden a medicacion alguna y son candidatos a cirugia de epilepsia. Con el objectivo de determinar la posibilidad de dichas cirugias y delimitar la localizacion del foco epileptico, en algunos casos estos pacientes son implantados con electrodos intracranianos. La finalidad de estos implantes es exclusivamente clinica pero tambien nos da la posibilidad de localizar la actividad simultanea de hasta 100 neuronas y estudiar su comportamiento. A traves de dichos estudios en la última década hemos comenzado a vislumbrar los correlatos neuronales de algunos de los procesos cerebrales mas apasionantes y exclusivos del cerebro humano.

Quizás uno de los desafíos más difíciles para la ciencia hoy en día es tratar de comprender las bases físicas y químicas de la conciencia humana. Francis Crick, la misma persona que cambió la historia de la biología al postular el modelo de la doble hélice de ADN junto a James Watson, dedicó las últimas dos décadas de su vida a atacar de manera científica esta difícil cuestión. Junto a su colaborador Christof Koch, del Instituto Tecnológico de California, propusieron que eventualmente será posible explicar la conciencia humana, las percepciones y las emociones, en base al disparo de las neuronas en el cerebro y sus interacciones. No es trivial (pero tampoco es imposible) estudiar preguntas sobre la conciencia en animales que difícilmente reportan sus pensamientos o sentimientos. Por lo tanto, estudiar el cerebro humano promete ser un paso fundamental para el estudio de la conciencia. Nuestro foco es el estudio de las percepciones visuales ya que el sentido de la visión es primordial para nuestra percepcion del mundo.

Junto a Christof Koch y al neurocirujano Itzhak Fried, de la Universidad de California en Los Angeles, estudiamos aproximadamente a 8 pacientes por año. Como ya mencionamos, se trata de pacientes con epilepsia que no responden a fármacos y el objetivo central es mapear las zonas responsables de los focos epilépticos. Durante los procedimientos clínicos, tenemos la oportunidad de estudiar la actividad de neuronas individuales en el cerebro humano en respuesta a diferentes tipos de estímulos visuales. En uno de nuestros estudios, por ejemplo, le mostramos al paciente imágenes incluyendo personas, lugares, animales, etc. Inmediatamente después de esto, le pedimos al paciente que cierre los ojos e imagine esas fotos. Observamos que las neuronas modulaban su actividad durante el proceso de recolección de las figuras en la ausencia de estimulación visual externa. Esto sugiere que la información está guardada en la memoria y es procesada de una manera similar durante la estimulación interna y externa. En otro estudio, analizamos el grado de selectividad de las neuronas para diferentes tipos de estímulos. Descubrimos que hay neuronas que responden a diferentes imágenes dentro de categorías específicas de estímulos visuales como animales, personas, objetos, etc. (Kreiman et al, Nature, 2000). Mas recientemente encontramos neuronas que responden a diferentes versiones de la misma persona como, por ejemplo, distintas fotos e incluso una caricatura de Bill Clinton, casi sin responder a otras personas y estimulos visuales. Otra neurona se activaba con diferentes imágenes de la actriz Halle Berry. Más aún, la neurona se activaba de manera específica cuando el paciente leía el nombre "Halle Berry". Estas neuronas son clara evidencia de como distintos conceptos son codificados en el cerebro. Estos resultados, que estan por aparecer en la revista Nature (en Junio del 2005), cambian radicalmente nuestro conocimiento sobre como percibimos y codificamos el mundo que nos rodea y son un paso muy grande en la epica busqueda de entender como funciona la conciencia humana. Estas y futuras investigaciones tal vez nos permitan acercarnos a la pregunta milenaria de cuales son las bases neuronales de las percepciones visuales y asi poder entender como distitas percepciones y sensaciones están codificadas por las complejas redes neuronales de nuestros cerebros.