Saltar a los contenidos Logo de educ.ar Logo del ministerio

Opciones de usuario:

Conectoma: la red de redes está en nuestro cerebro 

El 16 de julio pasado, Sebastian Seung, profesor de Neurociencia del MIT (Massachusetts Institute of Technology), presentó los resultados de su investigación sobre conexiones neuronales plasmados en el libro El proyecto Conectoma. Su hipótesis fundamental es que “somos mucho más que nuestros genes” porque lo que nos hace realmente singulares es el sistema de “cableado” en nuestros cerebros. Las intercomunicaciones entre los millones y millones de neuronas son las generadoras de una red compleja y sorprendente.

Sebastian Seung es uno de los tantos científicos que desde hace muchos años fue seducido por los grandes misterios del cerebro, ese órgano que pesando aproximadamente un kilo y medio tiene la complejidad de las galaxias.

En la conferencia TED de 2010, que incluimos en esta nota, Seung toma las madejas de lana neuronales que tanto lo fascinan para desovillar las implicancias de semejante tejido y lo hace con un lenguaje llano y algunos toques de humor.

Los últimos treinta años fueron, sin duda, los de la genómica. El genoma abarca toda la secuencia del ADN. Si bien todos nosotros somos seres humanos, cada una de nuestras secuencias de ADN es levemente diferente a las de otros individuos. Por eso tenemos aspectos diferentes, por ejemplo: ojos marrones, negros, celestes o grises. Cabello lacio u ondulado y así podríamos enumerar cientos de características que no son sólo superficiales. Los genes también son los responsables de un gran número de enfermedades y trastornos de diverso tipo. Además, los genes parecen moldear nuestra personalidad y tener un poder impresionante sobre nuestro destino. Sin embargo, dice Seung, “yo les propongo otra hipótesis: somos más que nuestros genes. Somos nuestro conectoma.”  

Del gusano al hombre

El científico, cuya formación académica comenzó con una carrera en física teórica, explica: “Hasta ahora se conoce un solo conectoma: el de un gusano minúsculo. Su modesto sistema nervioso consta de sólo 300 neuronas. Y en las décadas de 1970 y 1980 un equipo de investigadores trazó el mapa de sus 7.000 conexiones interneuronales, es decir, su conectoma. El nuestro es mucho más complejo porque el cerebro humano tiene más de 100 mil millones de neuronas y 10 mil veces más conexiones. Nuestro conectoma tiene un millón de veces más conexiones que letras en todo nuestro genoma. Eso es mucha información.”

Gusano Caenorhabditis elegans
En las últimas décadas son muchas las cosas que nos sorprenden acerca del crecimiento exponencial de la información, sus múltiples modos de transmisión y la variedad de formas de su almacenamiento. Hablamos de terabytes, petabytes, exabytes y zetabytes para referirnos a cifras cuya cantidad de ceros apenas podemos imaginar y, sin embargo, no nos asombra llevar un mega almacenador y procesador de información espectacular dentro de nuestras cabezas. ¡Nuestas cabezas! ¡Las de todos! 

¿Qué hay en nuestras cabezas? “No lo sabemos con seguridad pero hay teorías. Desde el siglo XIX los neurocientíficos han especulado que quizá los recuerdos, la información que nos define – quizás los recuerdos, están almacenados en las conexiones interneuronales. Y tal vez otros aspectos de la identidad personal, quizás la personalidad, el intelecto, tal vez estén también codificados en las conexiones interneuronales”, señala Seung.

“Probablemente ya hayan visto imágenes de neuronas. Pueden reconocerlas instantáneamente por sus formas fantásticas. Tienen largas y delicadas ramificaciones; en pocas palabras: parecen árboles. Pero esto es una sola neurona. Para encontrar conectomas tenemos que ver todas las neuronas al mismo tiempo. Bobby Kasthuri, un colega de Seung que trabaja en el laboratorio de Jeff Lichtman en la Universidad de Harvard, "cortó rebanadas muy delgadas" de un cerebro de ratón, para luego aumentar 100.000 veces la resolución que nos permitiera ver las ramas de neuronas todas al mismo tiempo.”

Neurona
“Tomamos muchas imágenes de muchas rebanadas del cerebro y las apilamos para obtener una imagen 3D (tridimensional). Pero todavía no podíamos ver las ramas completas. Así que empezamos por arriba y coloreamos de rojo la sección transversal de una rama, e hicimos lo mismo con la rebanada siguiente y con la próxima. Y seguimos así, rebanada tras rebanada. Continuamos con toda la pila y pudimos reconstruir la figura tridimensional de un pequeño fragmento de la rama de una neurona. Y pudimos hacerlo con otra neurona en verde. Y vimos que la neurona verde toca a la neurona roja en dos partes, y eso es lo que se llama sinapsis.”

“Acerquémonos a una sinapsis", continúa Seung, "mantengamos la vista en el interior de la neurona verde. Deberíamos ver unos circulitos. Se llaman vesículas. Contienen una molécula conocida como neurotransmisor. Y así, cuando la neurona verde quiere comunicarse, cuando quiere enviar un mensaje a la neurona roja, escupe un neurotransmisor. En la sinapsis las dos neuronas están conectadas como dos amigas que hablan por teléfono. Ya ven cómo encontrar una sinapsis” –dice Seung- “¿cómo podemos encontrar un conectoma? Bueno, tomamos esta pila de imágenes tridimensionales y la procesamos como si fuese un libro para colorear en 3D. Pintamos cada neurona con un color diferente y luego miramos en todas las imágenes, encontramos las sinapsis y anotamos los colores de las dos neuronas involucradas en cada sinapsis. Cuando hacemos esto con todas las imágenes hallamos un conectoma.” 

Conectoma (modelo)
Pensar puede cambiar nuestro conectoma

Pero hallar un conectoma humano entero es uno de los desafíos tecnológicos más grandes de todos los tiempos. “A medida que crecemos en la infancia y envejecemos en la adultez nuestra identidad cambia lentamente. Del mismo modo cada conectoma cambia con el tiempo. ¿Qué tipo de cambios ocurren? Bueno, las neuronas, como los árboles, pueden tener nuevas ramas y perder otras. Se pueden crear sinapsis y se pueden eliminar otras. Y las sinapsis pueden aumentar de tamaño, y pueden disminuir de tamaño. Segunda pregunta: ¿qué provoca estos cambios? Bueno, es verdad. Hasta cierto punto están programados por los genes. Pero esa no es la historia completa porque hay señales, señales eléctricas, que viajan por las ramas de las neuronas y señales químicas que saltan de rama en rama. Estas señales se llaman actividad neuronal. Y hay mucha evidencia de que la actividad neuronal puede hacer que cambien nuestras conexiones. Y si se unen estos dos hechos esto significa que nuestras experiencias pueden cambiar nuestro conectoma. Por eso cada conectoma es único, incluso los de gemelos genéticamente idénticos. El conectoma es la confluencia de naturaleza y crianza. Y podría ser cierto que el mero acto de pensar puede cambiar nuestro conectoma; una idea que puede resultar poderosa.”, agrega Seung.

Conectoma 

“¿Qué hay en esta imagen? Una corriente de agua fría y refrescante. ¿Qué más hay en esta imagen? No se olviden del surco de la tierra llamado lecho del arroyo. Sin él el agua no sabría en qué dirección fluir. Y con el arroyo podemos proponer una metáfora de la relación entre la actividad neuronal y la conectividad”, explica claramente el investigador. “La actividad neuronal cambia constantemente. Es como el agua del arroyo; nunca se queda quieta. Las conexiones de la red neuronal del cerebro determinan las vías por las que fluye la actividad neuronal. Entonces el conectoma es como el lecho del arroyo. Pero la metáfora es más rica. Porque es verdad que el lecho del arroyo guía al flujo de agua pero, con el tiempo, el agua también da forma al lecho del arroyo. En otras palabras, la actividad neuronal puede cambiar al conectoma. Y elevando el nivel de la metáfora les recuerdo”, así Seung redobla la apuesta, “que la actividad neuronal es la base física de los pensamientos, los sentimientos y las percepciones. Por eso podríamos hablar de de un torrente de conciencia. La actividad neuronal es el agua y el conectoma el lecho del torrente.”


Arroyo

Millones de kilómetros de cables

Apelando a su gran humor, Seung exclama: “¡Qué lío! ¿Alguna vez han tratado de conectar un sistema tan complejo como ese? Espero que no. Pero si lo han hecho sabrán que es muy fácil cometer un error. Las ramas neuronales son como los cables del cerebro. ¿Alguien puede adivinar cuál es la longitud total de cables del cerebro? Les daré una pista. Es un número grande, estimo que son millones de kilómetros. Todo dentro del cráneo. Y si uno entiende ese número puede ver fácilmente qué problemas genera un mal cableado cerebral. De hecho a la prensa popular le encantan los titulares como: "Los cerebros anoréxicos tienen un cableado diferente", o "Los cerebros autistas tienen un cableado diferente". Estas son afirmaciones plausibles, pero en verdad, no podemos ver el cableado cerebral tan claramente como para saber si son realmente ciertas. Las tecnologías de visualización de conectomas nos permitirán finalmente leer el mal cableado del cerebro para ver desórdenes mentales en los conectomas.”

“Volvamos de la metáfora y retomemos la ciencia. Supongamos que las tecnologías para hallar conectomas funcionan, propongo una prueba directa: tratemos de leer recuerdos de los conectomas. Piensen en la memoria de largas secuencias temporales de movimientos como las de un pianista que toca una sonata de Beethoven. Así que una manera de tratar de probar la teoría es buscar esas cadenas dentro de los conectomas. Pero no va a ser fácil porque van a estar cifradas. Tendremos que usar nuestras computadoras para tratar de descifrar la cadena. Y si podemos hacer eso la secuencia de neuronas que recuperemos al descifrar [la cadena] será una predicción del patrón de actividad neuronal que se reproduce en el cerebro en la recuperación de memoria. Y si eso funcionara sería el primer ejemplo de lectura de memoria de un conectoma.” 

Cableado cerebral Imágenes: courtesy of the Laboratory of Neuro Imaging at UCLA and Martinos Center for Biomedical Imaging at MGH,
Consortium of the Human Connectome Project.


Perspectivas

Seung describe la búsqueda que se inicia en el mundo de lo muy pequeño y nos impulsa hacia el mundo del futuro lejano. “Los conectomas marcarán un punto de inflexión en la historia humana. A medida que evolucionamos de nuestros antepasados simios en la sabana africana lo que nos distinguió fue el cerebro más grande. Hemos usado el cerebro para elaborar tecnologías cada vez más asombrosas. Con el tiempo estas tecnologías se volverán tan poderosas que las usaremos para conocernos a nosotros mismos desarmando y reconstruyendo nuestros propios cerebros. Creo que ese viaje de auto-descubrimiento no sólo es para los científicos sino para todos nosotros.”, concluye el investigador.


Video con la charla de Sebastian Seung (pueden activarse los subtítulos en español con CC)

 

Para seguir investigando:

Presentación de resultados del proyecto conectoma

El conectoma humano y la cartografía de la ciudad contemporánea

Conectoma y arte

Estamos usando la inteligencia colectiva para descifrar el cerebro

Conexiones neuronales, memoria y el eterno resplandor de una mente sin recuerdos

Recuerdo y memoria: "Memento"

Créditos de las fotografías utilizadas en esta nota:

Courtesy of the Laboratory of Neuro Imaging at UCLA and Martinos Center for Biomedical Imaging at MGH, Consortium of the Human Connectome Project. Visitar el sitioweb que contiene una galería de imágenes sorprendente.


N*:
los extractos de la conferencia de Sebastian Seung en TED 2010 utilizados en esta nota fueron traducidos al español por Sebastián Betti.



 

Enlaces recomendados:

Ficha del recurso

Más en educar