SIMULACIÓN DEL CEREBRO. PROYECTO CONECTOMA HUMANO
SIMULACIÓN DEL CEREBRO
PROYECTO
CONECTOMA HUMANO
“Somos
más que nuestros genes. Somos nuestro conectoma”.
Sebastián Seung,
profesor de Neurociencia del MIT (Massachusetts Institute of Technology),
INTRODUCCIÓN
A
finales del siglo XX el interés científico - médico se centró en descifrar la
secuencia completa de las bases químicas del ADN e identificar y cartografiar (mapeo)
los genes que conforman el genoma humano. Concluyó en el llamado “Proyecto Genoma Humano”,
2003, (Genómica). La consecución de un “modelo
genético” de seres biológicos, del ser humano en particular, su objetivo.
No obstante, la incertidumbre aun existente, sobre muchas enfermedades, la
medicina ha alcanzado avances importantes, gracias a este proyecto.
Primeras
décadas del siglo XXI, después de la experiencia vivida en la genómica, han
estado dirigidas a elaborar un mapa completo de las conexiones del cerebro para
la obtención de un “modelo neuronal”
que concentre millones de neuronas y billones de conexiones de las diferentes
regiones del cerebro. Se ha denominado “Proyecto Conectoma Humano”.
El
Proyecto Conectoma Humano, surgido en 2008, compendia la actual vanguardia en
el conocimiento del cerebro, dentro de la considerada “Gran ciencia”. Trata de
compilar y analizar los datos de un “modelo cerebral” y, por tanto, simular el comportamiento del cerebro sano como del cerebro enfermo por trastornos
neurológicos o psiquiátricos. Tras
la simulación de enfermedades encontrar opciones terapéuticas, para resolver problemas
que aun subyacen en la medicina y farmacología del sistema nervioso central.
Hoy
en día se conoce, solo, el conectoma de un nematodo: el Caenorhabditis Elegans.
Su sistema nervioso consta de sólo 300 neuronas y 7000 conexiones
interneuronales. Entre 1970 y 1980 un
equipo de investigadores trazó su mapa neuronal, es decir su conectoma.
MAPEO CEREBRAL
El
cerebro humano en promedio cuenta con cien mil millones de neuronas, y cada
neurona tiene más o menos diez mil dendritas o ramificaciones que interactúan con
otras neuronas.
El
mapeo cerebral se logra a través de un conjunto de técnicas de la neurociencia
que ayudan a generar un esquema de las conexiones neuronales, dentro del
cerebro, para evaluar qué componentes se encuentran activos y sus relaciones
con ciertas funciones del cuerpo.
Supercomputación.
Mediante la supercomputación, con sus variadas herramientas de cálculo,
análisis y simulación, se pretende construir seis grandes plataformas:
Neuro informática
Simulación del cerebro
Computación de altas prestaciones
Informática médica
Ingeniería neuro mórfica
Neuro robótica.
Nanotecnología.
El uso de la nanotecnología se entiende por su asociación con la
microelectrónica y la fotónica. Permite
el desarrollo de dispositivos que contribuyan a calibrar la señal eléctrica y
visualizar e identificar las rutas a través de las cuales se desarrolla la
actividad sináptica, formación de circuitos neuronales, regeneración neuronal y
fenómenos propios del cerebro.
IMAGENOLOGÍA
Resonancia magnética (RM).
Consiste en emitir un campo magnético nuclear sobre el individuo, el cual es
transformado en una imagen. Da a conocer volúmenes y espesores de tejidos
cerebrales.
Imagen por tensor de difusión.
Es, también, una técnica de resonancia
magnética. Analiza la difusión del agua alrededor de diferentes fibras
cerebrales para lograr imágenes de las conexiones neuronales.
Tomografía por emisión de positrones
(TEP). En este
método se inyecta una sustancia radioactiva que se adhiere a la glucosa que en la
sangre fluye por el cerebro. Luego se analiza la distribución de este
radiofármaco dentro de la corteza cerebral para obtener información neuronal.
Electroencefalografía (EEG). Mide la actividad eléctrica del cerebro por medio de electrodos. Su funcionamiento está basado en el hecho de que las neuronas se comunican por medio de impulsos eléctricos.
Magneto encefalografía (MEG). Por este método se establecen las relaciones entre diferentes regiones cerebrales y sus funciones
a partir de la detección y registro de campos magnéticos generados por
corrientes eléctricas interneuronales.
Las tecnologías más avanzadas de neuroimágenes permiten obtener resoluciones en escalas de milímetros. Mientras que para escanear una sinapsis o conexión neuronal se necesita una resolución de por lo menos una micra, equivalente a una milésima parte de un milímetro.
INICIATIVA INTERNACIONAL DEL CEREBRO
“La Iniciativa Internacional del
Cerebro”, es proyecto que surge de una reunión celebrada el 19
de septiembre del 2016, durante una Asamblea General de las Naciones Unidas en
New York. Allí se encontraban
representantes de los principales proyectos de investigación cerebral del mundo
como: Japón, Corea, la Unión Europea, Estados Unidos, Australia, China y
Canadá. Objetivo central de este
proyecto es dar acceso a los neurocientíficos a mayores bases de datos mediante
de la colaboración internacional y, así, poder acelerar la investigación y el
desarrollo de la neurociencia.
La Iniciativa Internacional del Cerebro unifica
algunos esfuerzos ya existentes como:
1. Iniciativa BRAIN de Estados Unidos.
2. Proyecto Cerebro Humano, Human Brain
Project, de la Unión europea.
3. Proyecto Cerebro de China
1. INICIATIVA BRAIN. (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies – Investigación del Cerebro mediante Avanzadas Neurotecnologías Innovativas.
La iniciativa BRAIN, 2013, en su metodología recuerda al Proyecto Genoma Humano, en cuanto busca el mapeo de todas las neuronas del cerebro.
Además
del Instituto Nacional de Salud INH participan por el sector privado la
transnacional farmacéutica Glaxosmithkline, Universidades de Pittsburgh,
Berkeley y Carnegie, empresa de microscopía Carl Zeiss, Fundación Simons, Instituto
Allen para la ciencia del cerebro, Instituto Médico Howard Hughes y la
Fundación Kavli
Objetivos
estratégicos que plantea BRAIN son de destacar:
1. Generar algo parecido a un teletipo molecular
basado en la DNA polimerasa para el estudio, entre otros, de los canales de
calcio y sodio.
2. Investigar cómo se transmiten las señales nerviosas a
partir de una única neurona hasta llegar a constituir conexiones complejas.
3. Revolucionar
la comprensión de la mente humana y tratar, prevenir y curar desordenes y
enfermedades de orden cerebral. Cabe subrayar que el principal problema de
salud pública alrededor del mundo es la salud mental. La población, en general,
sufre de desórdenes tales como comportamiento bipolar, autismo, depresión,
esquizofrenia y muchos otros, relacionados con las crisis sociales, económicas
y medioambientales en curso en el mundo.
4. Conseguir en un futuro la cura de enfermedades: el Alzheimer o la epilepsia, entre otras.
Los científicos ahora saben que muchas patologías psiquiátricas, como el autismo y la esquizofrenia, son "conectopatías" en las que el cableado del cerebro es anómalo.
El
presidente Barack Obama en la presentación de la iniciativa BRAIN la consideró
el “próximo gran proyecto americano». A su entender, solo comparable a otros
grandes desarrollos norteamericanos como «el proyecto Manhattan o las misiones
tripuladas a la Luna”.
2.HUMAN BRAIN PROJECT
En
2005, el neurocientífico Henry Markram, de la Escuela Politécnica Federal de
Lausana, Suiza, apoyado por la IBM, se embarcó en un increíble proyecto llamado
“Blue Brain” con el objetivo de crear un cerebro humano, no biológico, sino a
la manera de un ordenador inteligente.
En
2013 la Unión europea inyecta 1.000 millones de euros y su nombre es cambiado a
Proyecto HBP (Human Brain Project).
Plataforma de Simulación cerebral.
El proyecto modifica en parte su objetivo inicial, Blue Brain, hacia una
“Plataforma de simulación cerebral”, que abarca un complejo de herramientas
computacionales para facilitar a los científicos reconstruir y simular sistemas
cerebrales en diferentes niveles, desde modelos moleculares y celulares, hasta
complicados procesos cognitivos y de patologías psiquiátricas.
Plataforma de Computación
Neuromórfica. Asimismo, el proyecto desarrolló la “Plataforma de Computación Neuromórfica”, que se vale de
aspectos de la biología del SNC para copiarlos digitalmente en circuitos
electrónicos. Se pretende entender los procesos de aprendizaje y desarrollo
humanos e inspirarse en el modelo neuronal para generar computación.
Por
ejemplo, se han estudiado:
1. Procesos metabólicos de pacientes con
alteraciones del estado de consciencia o coma para ayudar al diagnóstico y
tratamiento clínico.
2. Se
ha identificado que la estimulación magnética trascraneana activa dendritas
neuronales de capas corticales superiores que permite tratamientos no invasivos
del SNC.
3. Se
han explorado por primera vez los cambios en la actividad sináptica de neuronas
individuales durante fases distintas del sueño.
4. Actualmente
el proyecto está enfocado en el área de las ciencias cognitivas, explorando
memoria episódica, reconocimiento y reconstrucción multisensorial, y mecanismos
de la consciencia.
Ciertos
analistas creen que la suma de contribuciones, la estadounidense y la europea,
podrían equipararse al Proyecto Genoma Humano en cuanto facilitadora de
tecnología y conocimiento básico.
El Proyecto Cerebro de China,
2016, es ambicioso proyecto global que, mediante el mapeo de toda la actividad
neuronal del cerebro, está dirigido a investigar las bases neuronales de la
función cognitiva.
Objetivos
adicionales incluyen:
1. Mejorar diagnóstico y prevención de
enfermedades cerebrales.
2. Impulsar
proyectos de tecnología de la información e inteligencia artificial inspirados
en el cerebro. Prioriza la Inteligencia Artificial, IA, inspirada en el cerebro
sobre otros enfoques.
3. Aborda cuestiones legales, éticas y sociales
relacionadas con la emulación cerebral (neurótica) de acuerdo con estándares
internacionales y los valores chinos.
El
proyecto cuenta con el apoyo del Centro de Excelencia en Ciencia e Inteligencia
del Cerebro de la Academia China de Ciencias (CAS), un consorcio de laboratorios
de más de veinte institutos y universidades CAS y el Instituto Chino de
Investigación del Cerebro, lanzado en marzo de 2018.
COMENTARIO FINAL
El
amplio conocimiento del conectoma humano y de las "conectopatías" podría modificar
los esquemas actuales de la neurociencia, así:
a. Conocer los errores que comete el cerebro llevaría
a descubrir, por ejemplo, las causas de la demencia.
b. Detectar
fallos cognitivos de algunas enfermedades degenerativas como el Alzhéimer
mediante combinación de imágenes por resonancia magnética y realidad virtual.
c. Mejorar
y reparar las funciones cerebrales, arreglar un sistema nervioso dañado con los
recursos de la neuro tecnología.
La
caja sellada. En el imaginario popular el cerebro es visto
como “la caja sellada”, es decir, impenetrable, intocable. Cada vez es incursionado quirúrgicamente,
por cualquier patología médica, considera que la persona intervenida no volverá
a ser la misma, sobre todo desde el punto de vista mental. Los avances neurocientíficos
de las últimas décadas, por suerte, han quebrantado este tabú popular.
Neuroética.
Las investigaciones relacionadas con el Proyecto Conectoma Humano vislumbran un
panorama que, más allá de los enigmas estructurales del cerebro, tendrá
repercusiones en la vida personal, es decir, en la vida ética, en tanto el cerebro, la corteza
cerebral en especial, es sustento biológico de sus decisiones como ser humano: consciente,
pensante y con sentimientos. En este sentido, paralela a la neurociencia, ha
surgido como rama de la bioética la “neuroética” que revisando beneficios y
peligros de estas investigaciones ayudará a discernir sobre lo “que debe
hacerse” entre todas las alternativas “que pueden hacerse”, lo técnicamente
viable con lo éticamente aceptable; de lo que en verdad favorezca y contribuya al
mejor estar de la humanidad y no a su destrucción.
Finalizo
con palabras del profesor Sebastián Seung: “Los conectomas marcarán un punto de
inflexión en la historia humana. A medida que evolucionamos respecto 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 autodescubrimiento no solo es
para los científicos sino para todos”.
REFERENCIAS
1Internationalbraininitiative.org. 2021. International Brain Initiative. [online] Available at:<https://www.internationalbraininitiative.org/.
2.
file:///E:/Documentos/PROYECTO%20CONECTOMA%20HUMANO/Newsletter-2018-december.pdf
3.
Xavier Pujol Gebellí. Millones para el
cerebro. Sociedad Española de Bioquímica y Biología molecular, https://www.sebbm.es/web/es/
4.
Carlos Eduardo Maldonado. La iniciativa
BRAIN, https://www.desdeabajo.info/ciencia-y-tecnologia/item/27438-la-iniciativa-brain.html.
5.
Centro Acadia. 2016. Las técnicas de
neuroimagen. [online] Available at:
<https://www.centroacadia.es/tecnicas-neuroimagen/#:~:text=Resonancia%20Magn%C3%A9tica%20(RM)&text=Es%20una%20de%20las%20t%C3%A9cnicas,atrofiadas%2C%20tumores%2C%20etc>
[Accessed 19 April 2021].
6.
https://www.fundacionbankinter.org/blog/future
trends-forum
7.
Facundo Manes. Ética para el estudio del
cerebro, https://elpais.com/elpais/2018/11/21/ciencia/1542793835_459714.html
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