Katrin Amunts, neurocient¨ªfica: ¡°Nuestros cerebros son diferentes entre s¨ª y muy redundantes, y eso ayuda a recuperar lesiones¡±

Para Katrin Amunts (Potsdam, Alemania, 61 a?os), especialista en cartograf¨ªa cerebral y una de las neurocient¨ªficas m¨¢s relevantes de nuestro tiempo, ¡°el cerebro es el sistema m¨¢s apasionante y complejo que se pueda estudiar¡±. Como explica a EL PA?S por videoconferencia la catedr¨¢tica del Instituto C¨¦cile y Oskar Vogt de Investigaci¨®n Cerebral de la Universidad de D¨¹sseldorf y directora del Instituto de Neurociencia y Medicina del Centro de Investigaci¨®n de J¨¹lich, esa complejidad radica en su organizaci¨®n en m¨²ltiples escalas espaciales y temporales: desde el nivel molecular, al de los grandes sistemas cognitivos que nos permiten hablar o recordar; de los milisegundos en que reaccionan sus c¨¦lulas, a los cambios que experimenta durante toda nuestra vida.

Desde 2016, Amunts tambi¨¦n ha sido la directora cient¨ªfica del monumental Human Brain Project (Proyecto Cerebro Humano o HBP, por sus siglas en ingl¨¦s), uno de los mayores desaf¨ªos cient¨ªficos nunca financiados por la Uni¨®n Europea, concluido tras una d¨¦cada el pasado septiembre. En su marco se han logrado crear mediante supercomputadores modelos virtuales capaces de simular la actividad cerebral para mejorar el tratamiento de la epilepsia, las enfermedades neurodegenerativas, la esquizofrenia o la ceguera. Una fusi¨®n entre la neurociencia y la tecnolog¨ªa en la que han colaborado 155 instituciones de 19 pa¨ªses y que lega m¨¢s de 3000 publicaciones cient¨ªficas, avances en inteligencia artificial, el atlas digital tridimensional m¨¢s detallado de este ¨®rgano y una infraestructura de investigaci¨®n digital denominada EBRAINS, que seguir¨¢ disponible para todos los investigadores del planeta.

Pregunta. ?Han cumplido su prop¨®sito?

Respuesta. El HBP ha buscado contribuir a una comprensi¨®n m¨¢s profunda del cerebro humano con una investigaci¨®n basada en las TIC (tecnolog¨ªas de la informaci¨®n y la comunicaci¨®n) y trasladarla a la medicina, las nuevas tecnolog¨ªas y la inform¨¢tica. Lo hemos hecho mediante EBRAINS, que consta de numerosas herramientas, como el atlas virtual, y dispone de miles de datos diferentes de nuestro cerebro y del de otros animales. Permite desarrollar simulaciones a nivel molecular, celular, de redes neuronales o de todo el cerebro y ejecutar an¨¢lisis en superordenadores o en dispositivos de computaci¨®n neurom¨®rfica.

P. ?C¨®mo se modela algo que cambia desde que nacemos hasta que morimos?

R. No buscamos modelar todo el cerebro en su complejidad, siempre es algo espec¨ªfico. Tenemos una pregunta muy concreta en mente que luego modelamos y simulamos de forma digital.

P. ?C¨®mo funcionan el atlas del cerebro y el Cerebro Virtual (The Virtual Brain)?

R. El atlas es como Google Maps, pero para el cerebro. Hay mapas muy diferentes, sobre la composici¨®n molecular o celular, sobre la conectividad neuronal¡­ y podemos combinarlos e ir de lo micro a lo macro. El atlas del HBP contiene m¨¢s de 200 zonas definidas microestructuralmente, m¨¢s que ning¨²n otro atlas del mundo. Es muy preciso, capta las variaciones de las ¨¢reas cerebrales entre sujetos, la llamada variabilidad interindividual, lo que es fundamental para tratar pacientes. Por su parte, el Cerebro Virtual es una plataforma neuroinform¨¢tica que permite desarrollar modelos digitales personalizados con fines cl¨ªnicos. Por ejemplo, para planificar la cirug¨ªa de la epilepsia o mejorar la localizaci¨®n de electrodos que permitan la estimulaci¨®n cerebral profunda en el Parkinson cuando los f¨¢rmacos ya no son eficaces.

P. ?Qu¨¦ otras aplicaciones cl¨ªnicas tienen?

R. Mediante simulaciones a nivel molecular se est¨¢n identificando f¨¢rmacos m¨¢s potentes para enfermedades como las neurodegenerativas. Tambi¨¦n hay avances en los trastornos de la consciencia, como los pacientes en coma. Conocer su profundidad tiene consecuencias para la terapia y para los familiares. Marcelo Massimini y Steve Laurie, investigadores de Mil¨¢n y Lieja han desarrollado un ¨ªndice para estimar la complejidad de la actividad cerebral que permite graduar esa profundidad y ayuda a desarrollar la estrategia para despertarlos.

P. ?Son muy distintos nuestros cerebros?

R. S¨ª, a todos los niveles. Del microsc¨®pico, al celular, hasta el cerebro en su conjunto. Por eso nuestro atlas se basa en mapas microestructurales de 10 cerebros humanos diferentes, cinco masculinos y cinco femeninos. Proporcionamos mapas probabil¨ªsticos, muestran la probabilidad con la que se puede encontrar determinada ¨¢rea cerebral en cierta posici¨®n combinando neuroim¨¢genes o datos fisiol¨®gicos de un paciente con la informaci¨®n del atlas.

P. ?Se diferencian los cerebros de mujeres y hombres?

R. Las similitudes son mayores, pero hay diferencias espec¨ªficas de g¨¦nero. A nivel funcional, existen diferencias en el lenguaje o la navegaci¨®n espacial. A nivel estructural, las hay en el c¨®rtex visual o en las ¨¢reas relacionadas con el lenguaje. Pero como tenemos esa amplia variabilidad interindividual, es dif¨ªcil comprender el significado funcional de una sutil diferencia estructural. Por ejemplo, las mediciones de inteligencia no difieren entre mujeres y hombres, podr¨ªa haber diferentes estrategias que la evoluci¨®n ha elegido para lograr cierto objetivo. Son diferentes, pero eso no est¨¢ necesariamente relacionado con una ventaja o una desventaja.

P. Para llegar a su posici¨®n, ?ha afrontado retos distintos a los que habr¨ªa tenido un hombre?

R. Es dif¨ªcil decirlo. Existe un desequilibrio entre hombres y mujeres en puestos directivos y uno de mis objetivos desde el principio fue cambiar esa situaci¨®n. Para un proyecto tan grande tenemos posibilidades e invitamos a empresas externas para que nos asesorasen. As¨ª, hemos desarrollado actividades de concienciaci¨®n y convocatorias o conferencias equilibradas en cuanto al g¨¦nero. Como investigadora, ten¨ªa un inter¨¦s particular en apoyar el equilibrio de g¨¦nero porque, adem¨¢s de una dimensi¨®n social ¡ªqui¨¦n dirige, qui¨¦n es la cara visible¡ª, tambi¨¦n tiene una dimensi¨®n cient¨ªfica y consecuencias directas para la medicina. Muchas terapias se han probado s¨®lo en cohortes masculinas, pero los cuerpos femeninos reaccionan de forma algo diferente. Hemos conseguido bastante, pero no podemos darnos por satisfechos.

P. Si tuviera que destacar una sola cosa que no supiera hace 10 a?os, ?cu¨¢l ser¨ªa?

R. Me interesa c¨®mo se organiza el cerebro en ¨¢reas y en estos diez a?os hemos aprendido que est¨¢ mucho m¨¢s fragmentado de lo que cre¨ªamos. Tambi¨¦n que se parcela siguiendo principios jer¨¢rquicos, no es solo un mosaico. Un ejemplo es el ¨¢rea de Broca, responsable del lenguaje. La conocemos desde hace 160 a?os y siempre se supuso que se subdivid¨ªa en dos ¨¢reas, la 44 y la 45. Ahora sabemos que toda la regi¨®n tiene m¨¢s de una docena de ¨¢reas y que hay un mont¨®n por encima, y otro mont¨®n por debajo.

P. ?Qu¨¦ le gustar¨ªa lograr de aqu¨ª a otra d¨¦cada?

R. Un gran reto es comprender las relaciones entre los distintos niveles de organizaci¨®n cerebral. Todav¨ªa hoy, muchas investigaciones se centran en un aspecto de esa organizaci¨®n, pero es necesario tender un puente entre esas diferentes escalas, lo que es m¨¢s factible con EBRAINS. Sin digitalizaci¨®n no podemos abordar esta complejidad, necesitamos superordenadores, ordenadores m¨®rficos y ordenadores cu¨¢nticos. Veo muchos progresos y sinergias entre la neurociencia, la inform¨¢tica y la tecnolog¨ªa.

P. ?Qu¨¦ hemos aprendido sobre c¨®mo se recuperan o renuevan las neuronas y el tejido cerebral?

R. Hay distintas formas de restaurar la funci¨®n. Se pueden formar nuevas neuronas, pero en el cerebro humano esto s¨®lo se demuestra en algunas regiones, como el hipocampo. Tambi¨¦n es dif¨ªcil de demostrar, la verdad. Y no hay que imaginarse que se renuevan como el m¨²sculo o la piel; tienen una cierta capacidad para proliferar y madurar, pero no est¨¢ claro si eso puede restaurar la funci¨®n o hacer que mejore. S¨ª sabemos que es posible aumentar la eficacia de la transmisi¨®n sin¨¢ptica entre neuronas. Tambi¨¦n que el cerebro tiene muchas formas paralelas de conectar regiones cerebrales entre s¨ª, es muy redundante, lo que nos ayuda a resolver la misma cuesti¨®n mediante otras redes neuronales. As¨ª, restaurar funciones y capacidades es el logro del cerebro como ¨®rgano, como sistema.

P. ?Tiene motores secundarios o terciarios, si falla el principal?

R. La redundancia se refiere a la conectividad. Hay 86.000 millones de neuronas y cada una tiene diez mil sinapsis, al menos en el c¨®rtex. Luego tenemos dos o tres millones de kil¨®metros de axones y dendritas. No es una sola c¨¦lula la que proyecta a otra c¨¦lula que ejecuta una funci¨®n, siempre hay grupos y racimos de c¨¦lulas. Y estos grupos forman redes. Percibimos la conectividad tambi¨¦n como un sistema jer¨¢rquico. Tenemos redes de redes de redes. Simplemente, hay mucha flexibilidad.

P. ?Puede poner un ejemplo?

R. En un experimento ped¨ª citar nombres de flores cada dos segundos. Hay diferentes maneras de hacerlo: diciendo lo primero que te viene a la mente, de forma alfab¨¦tica o yendo al jard¨ªn y contando las que ves. Son estrategias diferentes de responder a una pregunta sem¨¢ntica simple que utilizan redes diferentes para cumplir la misma funci¨®n cognitiva. Tambi¨¦n respecto a las diferencias de g¨¦nero y la navegaci¨®n espacial. Las mujeres se orientan m¨¢s mediante puntos de referencia: ¡°cuando veas la casa amarilla, gira a la derecha hasta llegar a la panader¨ªa¡±; mientras, los hombres siguen m¨¢s a menudo una orientaci¨®n geogr¨¢fica: ¡°ve al Este, luego gira a la derecha¡±. No se trata de si son mejores o no, ambas pueden ser exitosas.

P. Tambi¨¦n funciona en un infarto cerebral, ?correcto?

R. S¨ª. Tras un ictus, la rehabilitaci¨®n puede intentar activar el tejido en la zona de penumbra (perif¨¦rica al infarto) para que asuma algunas responsabilidades y esto se puede aprender. Unos colegas de Lausana han desarrollado un m¨¦todo de estimulaci¨®n para pacientes tras una par¨¢lisis por una lesi¨®n transversal completa de la m¨¦dula espinal. Consiguen estimular la m¨¦dula bajo la lesi¨®n para que los m¨²sculos reaccionen. Es un tipo de rehabilitaci¨®n que nunca hab¨ªamos imaginado.

P. ?Lo hace el paciente mediante un dispositivo?

R. S¨ª, pero tambi¨¦n es un proceso de aprendizaje, como cuando quienes han perdido una pierna aprenden a usar una pr¨®tesis. Si funciona bien, la sienten como parte de su cuerpo. Es m¨¢s que tener un dispositivo, es recuperar el movimiento. Es medicina de alta tecnolog¨ªa, hay muy pocos centros capaces de hacer cirug¨ªas tan dif¨ªciles y obviamente no funcionar¨¢ en todas las lesiones, pero es algo que ni siquiera so?¨¢bamos cuando empez¨® el HBP.

Otro ejemplo es el de unos colegas de ?msterdam que est¨¢n desarrollando pr¨®tesis visuales para lesiones en la retina. Han desarrollado gu¨ªas de electrodos (dispositivos con m¨²ltiples microelectrodos) que se implantan en el c¨®rtex visual, estimul¨¢ndolo de forma que se perciben de nuevo contornos de personas o de figuras. Las primeras pruebas en humanos han tenido ¨¦xito. Ser¨ªa un gran avance en la intersecci¨®n de la neurociencia y las nuevas tecnolog¨ªas m¨¦dicas y computacionales. Es muy emocionante verlo. El HBP era precisamente el lugar donde ocurren estas cosas, un entorno para investigaciones que cruzan la frontera entre disciplinas.

P. ?C¨®mo conforma el cerebro la personalidad?

R. La variabilidad interindividual se ha percibido en el pasado como un ruido que tenemos que eliminar para llegar a ¡°la descripci¨®n¡± del cerebro. Por supuesto, esto es s¨®lo media verdad. Hay investigaciones con resonancia magn¨¦tica que estudian c¨®mo la activaci¨®n de redes neuronales var¨ªa en funci¨®n del perfil de personalidad, pero a¨²n no se entiende c¨®mo los rasgos de personalidad se descomponen a nivel celular. S¨®lo en enfermedades, como una muy rara llamada Urbach-Wiethe. Son personas que no tienen empat¨ªa y tienen una calcificaci¨®n de la am¨ªgdala. Aqu¨ª tenemos un hallazgo cl¨ªnico y una relaci¨®n, pero para otros rasgos de la personalidad, est¨¢ muy inexplorado. Y somos sistemas complejos; nos rodean muchos otros seres humanos y eso nos da forma.

P. A medida que avanza la investigaci¨®n sobre el cerebro de otros animales, ?deber¨ªamos sentirnos privilegiados o m¨¢s humildes?

R. Depende de la personalidad, supongo. Yo me sentir¨ªa m¨¢s humilde, sinceramente. Vemos similitudes sorprendentes y que la evoluci¨®n fue en direcciones diferentes. Somos privilegiados porque podemos moldear nuestro entorno, pero este privilegio conlleva una responsabilidad. Conocer el cerebro de los simios, los mam¨ªferos o las aves nos ayuda a comprender el nuestro, pero tambi¨¦n a apreciar a las otras especies. Tenemos un conocimiento muy limitado si lo comparamos con la enorme cantidad de las existentes, es como una gota en el oc¨¦ano. Ni siquiera sabemos mucho sobre las vacas o los cerdos, animales que nos rodean. Eso deber¨ªa cambiar para apreciar mejor la ecolog¨ªa.

P. ?Podremos leer la mente de las personas?

R. Ya es posible predecir algunas actividades cerebrales en contextos experimentales. El aprendizaje profundo (deep learning) es un m¨¦todo muy poderoso para explicar patrones. La pregunta es hasta d¨®nde llega y cu¨¢les son el l¨ªmite de comprensi¨®n y el esfuerzo necesario para obtener dicha informaci¨®n. Pero quiz¨¢s ya podemos conseguir m¨¢s analizando nuestros tel¨¦fonos m¨®viles, siguiendo el patr¨®n de movimiento y de uso de los smartphones. Nos enfrentamos a cuestiones importantes y complejas. Por cierto, en el HBP tuvimos desde el principio un subproyecto de ¨¦tica y filosof¨ªa. No ha sido una colaboraci¨®n f¨¢cil, son personas con un ¨¢ngulo diferente, pero muy fruct¨ªfera y necesaria.

P. Hay quienes plantean la necesidad urgente de regular sobre neuroderechos.

R. La normativa se aborda de forma diferente entre pa¨ªses europeos, a veces incluso de una universidad a otra, pero ya contamos con un rico cuerpo regulatorio y comit¨¦s ¨¦ticos. El avance en la investigaci¨®n redunda en beneficio de la sociedad y de Europa. Aunque hay una situaci¨®n muy competitiva a nivel mundial, el HBP ha sido pionero en neurociencia digital como en ninguna otra parte del mundo. Podemos ser muy optimistas de cara a la pr¨®xima d¨¦cada.

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