viernes, 31 de diciembre de 2010

PARA CONOCERTE HAS DE CONOCER TU CORTEZA CEREBRAL

Según Javier de Felipe, neurobiólogo del Instituto Ramón y Cajal (CSIC), conocer como funciona la corteza cerebral es conocernos a nosotros mismos, éste investigador de la botánica, la bioquímica y la genética es un gran investigador, pero fueron sus conocimientos en neurología los que le llevaron a participar en la misión NEUROLAB (1998) de la NASA y ahora forma parte del ambicioso proyecto internacional Blue Brain, iniciativa que arrancó en 2002 y su objetivo es recrear un modelo de la estructura fisiológica del cerebro en el ordenador, que podría ayudar a entender patologías como el Alzheimer o la esquizofrenia.

JAVIER DE FELIPE (NEUROBIÓLOGO DEL CSIC)

Javier de Felipe nos informa que el estudio de la estructura que recubre el cerebro es un mundo fascinante, la corteza representa nada menos que el 85 % del cerebro y está relacionada con las capacidades que distinguen al ser humano del resto de los animales, como la abstracción, la creatividad, el lenguaje, la memoria  o la posibilidad de inventar. Es la región cerebral que más ha evolucionado y en ella se encuentra aquello que nos hace ser humanos.

Los primates comparten con nosotros una estructura cerebral similar, pero ellos tardan años en aprender cosas como comer en un plato, mientras que un niño de dos años es capaz de hacer eso y más. Javier de Felipe nos indica que muchos científicos piensan que la diferencia entre el ser humano y el resto de animales se basa en que existe una mayor complejidad de la neocorteza humana, que es la parte de la corteza cerebral que se desarrolló de forma más tardía en la evolución, con un mayor número de circuitos. La corteza está formada por unas estructuras elementales que se llaman "columnas" y se sabe que en el cerebro humano hay muchas más de estas columnas que en otras especies. Tener un mayor número de estos elementos básicos supone una mayor capacidad.


Otros científicos, entre los que se encuentra Javier de Felipe, creen que, además, la diferencia entre el ser humano y el resto de mamíferos estriba en una serie de células nuevas, únicas de nuestra especie, que caracterizan nuestra corteza. No quiere decir que seamos los únicos; los animales también tienen células propias, por ejemplo una jirafa tiene unas neuronas únicas y exclusivas de las jirafas en su corteza cerebral. Es decir, cada especie tiene un cerebro propio y si comparamos un cerebro de chimpancé con uno humano, veremos que presenta diferencias. No sólo poseemos una mayor cantidad de circuitos neuronales, sino que la propia estructura del cerebro en sí es la que cambia.

La corteza cerebral es la región del cerebro más estudiada de la ciencia, se publican miles de artículos cada año. La actividad de esta región está relacionada con aquellas características que nos hacen ser humanos. Es muy importante conocer bien su funcionamiento, porque eso nos permitiría conocernos a nosotros mismos. Por eso, neurocientíficos de todo el mundo están dentro del proyecto Blue Brain, a través de un enorme esfuerzo internacional para coordinar cientos de investigadores, es decir, es como disponer de un laboratorio multidisciplinar mundial. Esto ha surgido porque ahora se tienen medios increíbles para la investigación, como superordenadores y microscopios electrónicos que permiten el estudio del cerebro a nivel microestructural, nanométrico (un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro). Hasta hace poco era casi imposible reconstruir en modelos por ordenador las imágenes de las conexiones entre neuronas: para reconstruir un milímetro cúbico hacen falta nada menos que cerca de 10.000 millones de imágenes. Ahora se hace una aproximación matemática, se visualizan las estructuras en dos dimensiones y, a continuación, se aplica más matemáticas para incorporar a esas figuras volumen. De forma automática, y a partir de la información que proporcionan los microscopios electrónicos, se van escaneando lonchas ultrafinas de corteza, de 20 nanómetros de espesor, que luego se recomponen para obtener la imagen de tres dimensiones. También se analizan las miles y miles de conexiones sinápticas neuronales mediante métodos matemáticos. En eso consiste el proyecto Blue Brain, muchos grupos coordinados de todo el mundo que trabajan con nuevas tecnologías.

COLUMNA CORTICAL DE NEURONAS INTERCONECTADAS VERTICALMENTE

Cada grupo aplica sus conocimientos para un mismo fin. Es un intento exhaustivo a escala mundial para hacer ingeniería inversa del cerebro: se quiere desmontar la máquina para entenderla y poder volver a montarla.

En España existen 50 grupos y estudian las columnas neuronales. Son como una especie de cilindros de un cuarto de milímetro de diámetro y una altura de entre 1,5 y 4,5 milímetros, que es el espesor de la corteza. Aunque sólo se cuenta con estimaciones, se cree que en el cerebro humano puede llegar a haber 50 millones de columnas y, en cada una de ellas, unas 60.000 neuronas. Nadie ha logrado reconstruir una columna y eso es lo que se pretende en España. Se quiere saber todo sobre las columnas, desde cuántas sinapsis se producen (las sinapsis son las conexiones que se establecen entre neurona y neurona), el número de vasos sanguíneos que las riegan, qué tipo de células nerviosas tienen, cuántas hay, etc....

NEURONAS Y NEUROGLIA

Es importante conocer bien las columnas porque si se sabe como funcionan y hacemos un modelo informático de una de ellas, podemos modificar sus parámetros y ver cómo se comporta ante los cambios que le produzcamos. Podemos disminuir, aumentar o bloquear las conexiones y ver cuál es la respuesta de la columna. Con esta información se podrá estudiar el funcionamiento de cualquier enfermedad que la afecte, como el Alzheimer, la epilepsia, la esquizofrenia, la demencia o la depresión. Y podremos simular, por ejemplo, la acción de determinados fármacos en el cerebro, como los que se estan usando para tratar el Alzheimer o la depresión.

TEJIDO NERVIOSO

Son muchas disciplinas diferentes las que estudian el cerebro, están los neurocientíficos, los psiquiatras, los neurólogos, los psicólogos,... miles de personas. Uno de los grandes problemas al que nos enfrentamos, en la actualidad, es que es difícil extrapolar la información de un laboratorio a otro; en los papers (artículos que publican los equipos de investigación para dar a conocer los resultados obtenidos), por ejemplo, no se suele especificar con qué especie de rata se ha hecho el estudio ni de qué edad eran los individuos. Tampoco se suele describir todo lo que el científico ve. Por lo tanto, cuando se estudia un trabajo científico es muy difícil que luego un laboratorio pueda aplicar lo que ha encontrado otro. De ahí que se repitan tantas investigaciones. Además, hay muchos descubrimientos que no están demasiado claros, que están basados en hipótesis y eso genera un gran problema.

En el proyecto Blue Brain, por primera vez en la historia, todos los grupos que participamos, de todo el mundo, estudiamos lo mismo: una columna neuronal de una determinada rata macho, de una determinada edad. Y puede ser que en 4 o 5 años se tenga la estructura completa de la columna de una rata. De forma individual, un sólo grupo, para obtener toda esa información podría tardar más de 300 años.

No hay ningún otro órgano del cuerpo humano tan complejo como el cerebro; el hígado, los riñones, son mucho más sencillos; tienen tan sólo dos o tres tipos de células y nada más, sin prolongaciones, ni conexiones. El cerebro es demasiado complejo, y algunos científicos creen que saberlo todo de él es imposible. Pero a Javier de Felipe le gusta expresar que, aunque apenas pesa un kilo y medio y cabe en una mano, es todo un universo; también declara que ahora se cuenta con las herramientas necesarias y se necesita organización, aunque sea difícil de conocer.

Cada avance en las investigaciones descubre nuevas cosas sobre el cerebro, pero eso no quiere decir que sea infinito. Llegará un momento en que no habrá nada nuevo que estudiar, porque es un órgano complejo, pero limitado. Desde que se empezó a coordinar el proyecto y a organizarse se ha avanzado de forma brutal., se han establecido puentes entre disciplinas; por ejemplo, con matemáticos, que nunca en su vida habían visto una neurona, se ha conseguido crear células nerviosas virtuales. Se ha desarrollado también un programa que sirve para marcar las sinapsis. Lo que antes se tardaba años en hacer, ahora con este programa se obtiene en un sólo día. Trabajar con matemáticos, con informáticos, con físicos, aporta puntos de vista distintos, enriquece el trabajo y produce avances en la forma de visualización, que a su vez, permiten que se hagan análisis que quizás a los neurobiológos no se les hubiese ocurrido.


La mayoría de las capacidades cognitivas, como el lenguaje, la memoria o el aprendizaje, tienen que ver con las espinas dendríticas, unas estructuras que se encuentran en las células piramidales, que son las células nerviosas principales de la corteza cerebral. Las piramidales son las más numerosas y las espinas dendríticas son como las espinas de una rosa, una especie de pequeñas profusiones que tienen estas neuronas. Y es justo ahí donde se forman la mayor parte de las conexiones de la corteza.


Es importante conocer cómo se forman y analizarlo, saber cómo se mantienen y cómo reaccionan ante los medicamentos porque en cualquier enfermedad que afecta a la corteza cerebral, las espinas actúan como dianas. Además, cada uno de nosotros tiene un número distinto, porque no nacemos con ellas, sino que se desarrollan. Cuanto más estimules el cerebro, más conexiones se desarrollan y, por tanto, más espinas dendríticas tendrás. Las personas que se dedican a actividades intelectuales, por ejemplo, suelen tener un mayor número.

CORTEZA CEREBRAL
Es cierto que también interviene la genética de cada individuo, pero no naces con un número determinado de espinas, pero sí con una predisposición genética a tener un máximo de ellas. Por ejemplo, una persona puede haber nacido para tener unas 25.000 espinas por célula piramidal, pero por su actividad intelectual, sólo haber desarrollado 15.000. En cambio, otra persona puede que tenga un cerebro para 20.000 espinas como mucho, pero desarrrollado a tope, por lo que al final tiene más habilidades y capacidades que la otra persona, que había heredado una mayor potencialidad. Es muy probable que existan muchas personas que podrían haber llegado a ser grandes artistas, escritores, matemáticos brillantes, músicos y que no lo sean, porque no han desarrollado esas habilidades. Ser o no ser un genio depende de la educación, de los valores aprendidos.

CÉLULAS PIRAMIDALES
Una persona intelectual como Pascual Maragall, el ex presidente de la Generalitat de Catalunya, si empieza a perder espinas dendríticas por el Alzheimer, como tiene muchas de reserva, porque ha desarrollado millones de conexiones, provoca que el avance de la enfermedad sea más lento y se note mucho menos. En cambio, en otra persona que no haya estimulado tanto su cerebro, el proceso es más rápido. Las espinas que se pierden por el avance de la enfermedad, no se pueden recuperar. Cuando desaparecen, con ellas se borran memorias, recuerdos, conocimientos hasta el deterioro máximo que provoca el Alhzeimer.

CÉLULA PIRAMIDAL

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