La meta, entender la conciencia humana

En la dif¨ªcil lucha contra las enfermedades neurodegenerativas, ya no basta con la medicina para entender a ese complicado enemigo que es un cerebro desajustado. Los profesionales de la neurociencia se ven obligados a buscar nuevos aliados y los han encontrado en los f¨ªsicos. Investigadores de ambas disciplinas se han unido en un proyecto europeo con el objetivo de entender mejor los mecanismos de coordinaci¨®n cerebral y as¨ª comprender algunos de los fallos que se desencadenan en el Alzheimer y la epilepsia. Todo ello con el objetivo de intentar generar nuevas herramientas para conseguir su detecci¨®n precoz. El proyecto, que arranc¨® en enero pasado y durar¨¢ hasta finales de 2009, se llama GABA (Global Approach to Brain Activity) y lo lidera un grupo espa?ol, de la Universidad Polit¨¦cnica de Catalu?a (UPC), encabezado por el f¨ªsico Jordi Garc¨ªa Ojalvo (Barcelona, 1968) como coordinador.

Se puede cuantificar c¨®mo la corteza cerebral va perdiendo espesor

Un exceso o un defecto en la sincronizaci¨®n de las neuronas produce enfermedades

Su equipo intentar¨¢ dar con modelos te¨®ricos del funcionamiento del cerebro enfermo a partir de los datos aportados por otros grupos que ejercen como socios del proyecto. La informaci¨®n sobre el Alzheimer que utilizar¨¢n proviene de otro grupo espa?ol: el Laboratorio de Neurociencia Funcional de la Universidad Pablo de Olavide de Sevilla, que destaca por sus investigaciones sobre la detecci¨®n precoz del Alzheimer con t¨¦cnicas que permiten estudiar el funcionamiento cerebral in vivo. Los datos sobre epilepsia proceden de un laboratorio similar delhospital de la Piti¨¦-Salp¨ºtri¨¨re en Par¨ªs. Tambi¨¦n colabora el grupo de Wolf Singer, director del Instituto Max Planck de Investigaci¨®n Cerebral de Francfort y uno de los m¨¢s notables cient¨ªficos alemanes.

"El cerebro es demasiado complejo como para intentar resolver sus problemas s¨®lo desde una perspectiva m¨¦dica", explica Jos¨¦ Luis Cantero, fisi¨®logo de la Pablo de Olavide. La reciente teor¨ªa de la complejidad, que intenta explicar el funcionamiento de redes con muchos elementos, es el instrumento clave que quieren incorporar: "El cerebro es el sistema complejo por excelencia", dice Garc¨ªa Ojalvo, "m¨¢s que cualquier m¨¢quina hecha por el hombre. Un avi¨®n Boeing 777, quiz¨¢s uno de los artefactos m¨¢s complejos existentes, tiene unos 150.000 diferentes subsistemas formando una gran red de m¨®dulos organizada mediante elaborados protocolos a trav¨¦s de mil ordenadores que automatizan todas las funciones del avi¨®n". Pues bien, a?ade, "en el cerebro, la complejidad ocurre a una escala mucho mayor, con centenares de miles de millones de neuronas, cada una de ellas conectada individualmente con otras 10.000 neuronas como promedio".

Precisamente, la respuesta ¨²ltima a la complejidad del cerebro radica en esa pl¨¦yade de conexiones: "El cerebro es mucho m¨¢s que la suma de sus partes, las neuronas, y eso ocurre porque est¨¢n organizadas y acopladas mediante protocolos mucho m¨¢s complicados que los del Boeing", dice Garc¨ªa Ojalvo. "Queremos entender qu¨¦ papel juega la sincronizaci¨®n entre poblaciones de neuronas y c¨®mo regula las funciones cognitivas superiores, tales como la memoria, la atenci¨®n, el aprendizaje, las emociones o el lenguaje", comenta Cantero.

Los objetivos son muy ambiciosos y Garc¨ªa Ojalvo apunta que la meta te¨®rica ser¨ªa "entender qu¨¦ es la conciencia humana". De hecho, el proyecto GABA ha sido apoyado con 1,6 millones de euros de un programa europeo cuyo objetivo es "financiar investigaciones cient¨ªficas poco convencionales y visionarias". Esta singularidad es certificada por Cantero: "Este proyecto es muy novedoso, porque trata de avanzar en el conocimiento del funcionamiento cerebral a trav¨¦s de aquellos cient¨ªficos que mejor conocen las leyes que describen la complejidad, desmitificando la separaci¨®n entre la f¨ªsica y la neurociencia".

Las metas m¨¢s inmediatas son descifrar los mecanismos que rigen comportamientos sincronizados en algunas ¨¢reas cerebrales con la esperanza de desvelar las inc¨®gnitas sobre dos grandes anomal¨ªas asociadas a una sincronizaci¨®n aberrante. La primera es aquella en la que se produce un exceso de coordinaci¨®n cerebral: "Enfermedades como la epilepsia y el P¨¢rkinson se caracterizan porque hay un exceso de sincronizaci¨®n neuronal", explica Garc¨ªa Ojalvo. "En un ataque de epilepsia las neuronas se comportan de una forma similar a una orquesta en la que todos los int¨¦rpretes tocaran igual: sin distinciones, ni tonalidades". El grupo parisiense es el que est¨¢ especializado en epilepsia y, mediante electroencefalogramas intracraneales y resonancias magn¨¦ticas del cerebro, trabaja en la detecci¨®n del epicentro de la sincronizaci¨®n anormal, donde suele estar el foco del problema.

En la enfermedad de Alzheimer se produce el efecto opuesto. "Las neuronas corticales mueren, disminuyendo la conectividad anat¨®mica cerebral y su capacidad para sincronizarse", resume Garc¨ªa Ojalvo. "Estudiamos a personas entre 65 y 85 a?os, algunas con p¨¦rdidas de memoria normales propias del envejecimiento y otras que padecen deterioros cognitivos leves que suelen preceder a la enfermedad de Alzheimer", a?ade Cantero. "Estudiamos la integridad funcional de su cerebro mediante tomograf¨ªa por emisi¨®n de positrones y registros electroencefalogr¨¢ficos con 64 sensores en la corteza cerebral".

Pero los an¨¢lisis no acaban ah¨ª: "Al mismo paciente se le realiza una resonancia magn¨¦tica de cerebro, a partir de la cual calculamos el volumen de algunas estructuras del sistema nervioso claves para la cognici¨®n", dice Cantero. En la actualidad se puede cuantificar c¨®mo la corteza cerebral, la parte m¨¢s superficial del sistema nervioso, va perdiendo espesor y, por tanto, funcionalidad en algunos pacientes de Alzheimer. "Es un signo de que algo podr¨ªa estar funcionando mal", advierte.

Cuatro f¨ªsicos de la UPC estudian todos los datos y se aplican a construir con ellos modelos te¨®ricos de la complejidad cerebral. Servir¨¢n para deducir estructuras y formas de conexi¨®n neuronal afectadas en el Alzheimer y otras patolog¨ªas neurol¨®gicas. Con ellos, los especialistas m¨¦dicos podr¨ªan disponer de marcadores din¨¢micos para predecir la enfermedad. Al calcularlos, los f¨ªsicos se valen de ecuaciones diferenciales que modelan el comportamiento de conjuntos de neuronas, as¨ª como de la experiencia de este grupo en el estudio de la sincronizaci¨®n de l¨¢seres, un campo aparentemente muy lejano a la neurociencia pero con sorprendentes similitudes: "Los l¨¢seres de semiconductores tienen, bajo ciertas condiciones, un comportamiento din¨¢mico parecido a las neuronas, ambos se activan y desactivan a medida que transcurre el tiempo, como si fueran interruptores; a veces lo hacen espont¨¢neamente y otras cuando reciben se?ales", dice Garc¨ªa Ojalvo.

Cantero tiene confianza en los resultados que se puedan obtener: "Los modelos procedentes de la f¨ªsica nos dan muchas herramientas para anticiparnos, porque la presencia de complejidad en el cerebro podr¨ªa ser un signo de salud mental, mientras que su ausencia va unida a la enfermedad".