Modificar el cerebro con luz

• Todo lo que somos es el producto de los impulsos eléctricos de nuestras neuronas
• Al encenderlas sabemos cómo el cerebro controla el comportamiento
• La optogenética es la tarea de Gero Miesenböck, de la Universidad de Oxford
• Redes, emitido el domingo, 6 de mayo, en La 2 de TVE
• Y también, la entrevista de Redes en V.O. en inglés

Redes - Modificar el cerebro con luz

Redes

Eduard Punset y su equipo han logrado demostrar que ciencia y entretenimiento se pueden unir para que en este tercer milenio la ciencia, por fin, irrumpa en la cultura popular.

El programa Redes se emite en La 2, todos los domingos, a las 21:30 horas; y se repite los domingos, a las 3:15 horas.

Y en el Canal 24 horas, según el siguiente horario:

• Los jueves, a las 15:00 horas
• Los viernes, a las 21:00 horas
• Los sábados, a las 10:30 horas

Todo lo que somos –nuestras emociones, recuerdos, sueños y pensamientos– es el producto de los impulsos eléctricos de nuestras neuronas.

“Todo lo que somos es el producto de los impulsos eléctricos de nuestras neuronas“

Si pudiéramos encenderlas y apagarlas a voluntad, alcanzaríamos un conocimiento más profundo de cómo el cerebro controla nuestro comportamiento.

Esto es, exactamente, lo que está logrando Gero Miesenböck, de la Universidad de Oxford, mediante una técnica de la que es pionero: la optogenética.

Redes - Modificar el cerebro con luz - presentación

Del concierto de impulsos eléctricos del cerebro, surge todo aquello que nos hace ser quienes somos.

Gero Miesenböck

Eduardo Punset:

En este programa lo que me gustaría sugerirles es el primer cambio de verdad, o sea, es un descubrimiento, es una investigación que de verdad puede alterar totalmente nuestro modo de vivir.

Se trata de utilizar la luz específicamente para conectar o desconectar neuronas y descubrir algo de esta manera de su misterio, lo que hacen y por qué.

Conectar o desconectar neuronas

Gero, trabajas en un campo maravilloso: les contaba a los telespectadores que es una disciplina verdaderamente nueva, porque lo que pretendéis es hacer pruebas con interferencias y ver cómo afectan dichas interferencias a las neuronas, los circuitos neuronales y la conducta.

Se trata de un cambio radical, ¿verdad?

“La optogenética empezó hace diez años, cuando demostramos que era posible activar dichas neuronas simplemente exponiéndolas a luz“

Gero Miesenböck:

Sí que es un cambio radical, hasta cierto punto. El campo que ahora denominamos optogenética empezó hace diez años, cuando mi equipo y yo realizamos los primeros experimentos para trasplantar una proteína fotosensible, parecida a las proteínas que tenemos en los ojos, a algunas neuronas; demostramos que era posible activar dichas neuronas simplemente exponiéndolas a luz.

Muchos investigadores han estudiado el cerebro a través de intervenciones, como los famosos estudios de lesiones con pacientes que sufrían daños en algunas partes del cerebro.

De este modo se lograron pistas importantes sobre qué partes del cerebro, por ejemplo, intervienen a la hora de ver, hablar o moverse; pero creo que todos esos intentos eran bastante rudimentarios comparados con lo que podemos hacer ahora.

Eduardo Punset:

Increíble. Aplicáis luz al cerebro, ¿eso cómo se hace?

Gero Miesenböck:

Hay dos ingredientes. El primero, como dices, es aplicar la luz. Si trabajas con un animal pequeño (como nosotros, que experimentamos con moscas de la fruta) simplemente arrojamos luz sobre todo el animal hasta que suficientes fotones alcanzan las neuronas que nos interesan y las activan.

Y luego el segundo ingrediente es que hay que cambiar dichas neuronas para que contengan una proteína que responda a la luz: lo logramos con ingeniería genética.

Eduardo Punset:

¿Con ingeniería genética?

“Se necesitan dos cosas: un receptor, la proteína fotosensible, y la señal para la transmisión que, en nuestro caso, es un haz de luz“

Gero Miesenböck:

En efecto. Para explicarlo, a menudo recurro a la analogía de una emisión por radio o por televisión, como la que verán los telespectadores de tu programa.

Se necesitan dos cosas: en primer lugar, un receptor, una antena para captar la señal y volver inteligible el mensaje (en nuestro caso, el receptor es la proteína fotosensible que hemos incorporado a las neuronas por ingeniería genética).

En segundo lugar, se necesita la señal para la transmisión que, en nuestro caso, es un haz de luz.

Eduardo Punset:

Es increíble. Mientras hablabas, pensaba que, hasta ahora, todas las maneras de interferir en el cerebro eran muy invasivas, porque usaban electrodos o métodos agresivos… esta mañana me has hablado de Delgado…

Gero Miesenböck:

Sí, el neurocientífico español José Delgado, que fue profesor en la universidad de Yale, en Estados Unidos…

Eduardo Punset:

Llegó allí en la década de 1950…

Gero Miesenböck:

La década de 1950 y 1960, sí. Yo también era profesor, aunque no supe de la existencia de Delgado hasta que realicé mis propios experimentos, en los que modificábamos por control remoto el comportamiento de un animal: en nuestro caso, la mosca de la fruta; en el caso de Delgado, mira este libro…

Eduardo Punset:

Es fantástico…

“El experimento funcionó: aquí puedes ver a Delgado arriesgando la vida, pero el toro se detuvo y no arremetió contra él “

Gero Miesenböck:

Como era español, el animal que eligió fue, por supuesto, un toro. Como ves, aquí está el matador que, en lugar de blandir una espada, sostiene un pequeño radiotransmisor.

Al toro se le han implantado electrodos en el cerebro previamente. Al activar el control remoto, se estimula la parte del cerebro que disminuye el comportamiento agresivo. El experimento funcionó: aquí puedes ver a Delgado arriesgando la vida, pero el toro se detuvo y no arremetió contra él.

Eduardo Punset:

Se detuvo por esa interferencia…

Gero Miesenböck:

…Se paró a medio ataque, porque se le estaba instando, mediante una interferencia directa con su sistema neuronal, a detenerse.

Eduardo Punset:

¿Hay alguna probabilidad de que en el futuro utilicemos luz (igual que la utilizáis para conocer el cerebro) para generar en el cerebro la sensación de satisfacción, de recompensa?

“logramos programar artificialmente recuerdos nuevos en el cerebro de los animales “

Gero Miesenböck:

De hecho, estos experimentos ya se han hecho. Hace 3 años experimentamos con moscas, y otros grupos han experimentado con otros animales.

El caso es que pudimos manipular los sistemas neuronales que señalizan la recompensa o su opuesto, el castigo. Activar las recompensas mediante control remoto óptico generó en los animales la sensación ilusoria de que ciertas conductas estaban asociadas con resultados positivos o negativos.

Como resultado de ello, los animales modificaron permanentemente su conducta: aprendieron de un error que jamás habían cometido, o de una recompensa que jamás habían recibido…

Es decir, logramos programar artificialmente recuerdos nuevos en el cerebro de los animales, y luego medimos cómo actuaban según los contenidos de esos recuerdos que habíamos creado artificialmente.

De lo simple a lo complejo

Eduardo Punset:

Es increíble, ¿no? Lo único que sé sobre las moscas de la fruta es que la naturaleza suele repetir patrones en todas partes… cuando la naturaleza encuentra la solución para un problema, no es muy extraño que la repita, así que me pregunto qué tienen las moscas de la fruta que pueda servir para entender nuestro cerebro.

“Estudiando un organismo así de simple creo que podemos desentrañar principios fundamentales sobre cómo funciona el cerebro aplicables a animales más complejos, como nosotros. “

Gero Miesenböck:

Evidentemente, las moscas no pueden hacer todo lo que hacemos nosotros, pero pueden aprender, tomar decisiones, buscar parejas para aparearse, comunicarse con ellas, elegir a la más adecuada… pueden orientarse en lugares extremadamente difíciles, realizar hazañas de locomoción que los ingenieros de los laboratorios más punteros son incapaces de imitar… y todo eso con un cerebro del tamaño de la cabeza de un alfiler.

Eduardo Punset:

¡Es increíble!

Gero Miesenböck:

Estudiando un organismo así de simple creo que podemos desentrañar principios fundamentales sobre cómo funciona el cerebro aplicables a animales más complejos, como nosotros.

Creo que, al estudiar este animal relativamente simple y manejable, podemos esclarecer los principios fundamentales del funcionamiento del cerebro.

Eduardo Punset:

¿Y qué haces para extraer conclusiones sobre la conducta de la mosca de la fruta o de las personas?

Gero Miesenböck:

Normalmente trabajamos de un modo descendente, de arriba abajo, es decir, empezamos planteándole al animal una tarea conductual: por ejemplo, le pedimos que aprenda y recuerde algo o le pedimos que tome una decisión.

Luego vemos cómo podemos interferir en el sistema de un modo controlado, ya sea para recrear la conducta mediante estimulación óptica directa de las neuronas relevantes o para interrumpir la conducta mediante ciertas conexiones neuronales.

Partimos de la conducta del organismo para analizar después los mecanismos celulares y moleculares subyacentes.

Eduardo Punset:

Así que se basa en el control, intentáis controlarlo…

“a medida que adquirimos una comprensión cada vez mayor de cómo funciona la naturaleza, es importante poder interferir y descubrir si nuestras ideas son correctas o incorrectas “

Gero Miesenböck:

Muchos no se dan cuenta de que el control es una parte esencial de la investigación científica… la mayoría opina que, en la ciencia, la observación es lo más importante.

Y sin duda es cierto, al menos en las fases iniciales pero, a medida que adquirimos una comprensión cada vez mayor de cómo funciona la naturaleza, es importante poder interferir y descubrir si nuestras ideas son correctas o incorrectas.

Debemos poder realizar experimentos controlados para comprobar si lo que creíamos es acertado o fuera de lugar. Muchos me dicen: «claro, quieres controlar el sistema nervioso para sacarle el máximo partido o para cambiarlo con ingeniería, para mejorarlo».

No es el caso; es un mero mecanismo para comprender mejor cómo funciona el cerebro.

Eduardo Punset:

Es fascinante, porque lo que sugieres es que, tal vez podamos controlar, por ejemplo, la depresión o la enfermedad de Parkinson… ahora hablamos, ya lo sé, del futuro, pero quizá, en lugar de tomar un fármaco, en lugar de tragarse una pastilla, se abra la posibilidad de simplemente utilizar la luz para influir en la conducta de las personas.

“para que la luz surta efecto en el cerebro, hay que haberlo modificado genéticamente antes “

Gero Miesenböck:

Sí, es una posibilidad, aunque remota. No creo que vaya a materializarse el año que viene ni en los próximos diez años; no olvides que, para que la luz surta efecto en el cerebro, hay que haberlo modificado genéticamente antes, mediante una especie de genoterapia para que el sistema nervioso humano responda a la luz… y eso me parece que todavía queda lejos.

Aun con todo, debemos recordar que nuestro sistema nervioso es un sistema físico que trabaja con señales eléctricas y químicas y que, hasta ahora, hemos modificado con éxito algunas funciones del sistema nervioso con medios químicos. Has mencionado los fármacos…

Pero lo que se ha utilizado relativamente poco (con contadas excepciones, como la estimulación cerebral profunda) es la interferencia física en el cerebro.

Y se podría esgrimir el argumento de que los medios físicos probablemente sean más precisos que las pastillas a la hora de corregir el mal funcionamiento del sistema nervioso, si es necesario.

Desactivar deseos o sentimientos

Eduardo Punset:

¿En el futuro, hay alguna posibilidad de desactivar ciertos deseos o sentimientos del cerebro? Si alguien está siempre enfadado o es violento, ¿crees que lograremos desembarazarnos de algunas de estas sensaciones?

“ahora mismo simplemente no conocemos suficientemente qué son y qué hacen estas neuronas como para que ninguna de esas posibilidades sea realista “

Gero Miesenböck:

Hay una larga historia de esfuerzos por controlar, por ejemplo, la depresión o las dificultades conductuales mediante un amplio abanico de medios, desde las intervenciones de neurocirugía de la década de 1950 (que eran increíblemente toscas) hasta las intervenciones farmacológicas.

Por supuesto, también existe la posibilidad de que podamos interferir en las neuronas que participan en los estados anímicos y emocionales. Sin embargo, creo que ahora mismo simplemente no conocemos suficientemente qué son y qué hacen estas neuronas como para que ninguna de esas posibilidades sea realista.

Eduardo Punset:

Somos muy afortunados, en cierto modo, al saber que las neuronas son entidades eléctricas, y que las neuronas se comunican entre sí por impulsos eléctricos, como has mencionado. Y, por supuesto, cuando una neurona se comunica con otra, a veces algo cambia, hay un aumento o disminución de voltaje.

“Del concierto de impulsos eléctricos surge todo aquello que nos hace ser quienes somos “

Gero Miesenböck:

Siempre digo que, en realidad, todos nos engañamos pensando que hay alguien ahí dentro, en nuestras células, ¿no? Que hay un Eduardo y un Gero ahí dentro.

Sin embargo, lo más probable es que no haya nadie ahí, solamente neuronas enviando impulsos eléctricos. Del concierto de impulsos eléctricos surge todo aquello que nos hace ser quienes somos.

Nuestras percepciones y el mundo que discernimos no son más que la representación de la realidad en el lenguaje de impulsos eléctricos en miles de millones de neuronas.

Almacenamos y rememoramos recuerdos mediante impulsos eléctricos… y los impulsos eléctricos también controlan nuestros movimientos y determinan nuestras emociones.