Ventana al cerebro

Por Pilar QuijadaLuis de Lecea (Barcelona, 1965) ha sido pionero en utilizar la optogentica en el estudio del sueo, lo que le llev a descubrir un grupo de neuronas que nos despiertan cada da. Lo contaba en la Universidad Internacional Menndez Pelayo, durante el curso Sueo: neurociencia, salud y hbitos sociales, patrocinado por la Fundacin Tatiana Prez de Guzmn el Bueno y dirigido por los catedrticos de la Universidad Autnoma de Madrid Carmen Cavada y Miguel Garzn.El hallazgo de ese despertador cerebral tuvo lugar en 2007, en los albores de la optogentica, una tcnica que an no tena mucha credibilidad pero que una dcada despus es casi imprescindible para el estudio del cerebro.La optogentica nos ha cambiado la visin del cerebro, porque los circuitos neuronales antes no eran accesibles a la investigacin, y ahora podemos ver propiedades que desconocamos, y permite un abordaje terico imposible hace apenas unos aos. El cambio es muy sustancial y en un corto periodo de tiempo. Es una tcnica relativamente sencilla, fiable, que funciona en manos casi de cualquiera. Y su difusin ha sido muy eficiente, con el boca a boca se ha extendido muy rpidamente, tambin porque haba una conjuncin de factores, como lneas de animales modificados genticamente y modelos nuevos ms sensibles a esta aplicacin. La optogentica ha transformado la neurociencia de arriba abajo. Y ya hay una aplicacin clnica, para los problemas de retina. La optogentica ha abierto otra ventana que no haba antes. Es fascinante trabajar ahora en neurociencia, resalta Luis de Lecea, Catedrtico del departamento de Psiquiatra y Ciencias del Comportamiento de la Universidad de Stanford (California).[caption id=attachment_282 align=alignleft width=300] Luis de Lecea, paseando por Cabo Mayor, con la baha de Santander al fondo[/caption]Lo revolucionario de esta tcnica es que permite activar y desactivar a voluntad circuitos neuronalesen animales vivos y ver cmo cambia su comportamiento. As fue como, en 2007, De Lecea dio con el mecanismo neuronal que regula la transicin del sueo a la vigilia y pudo, adems, controlarlo en ratones.Su trabajo, publicado en Nature, estableci la relacin entre el final del sueo y un grupo de unas 3.000 neuronas que producen el neurotransmisor hipocretina, localizadas en el hipotlamo. Al estimular la produccin de hipocretina mediante luz lser, Lecea y su equipo lograron despertar a los ratones a voluntad.La atrofia de estas neuronas productoras de hipocretina est detrs de la narcolepsia, un trastorno en el que el sueo irrumpe de forma incontrolable varias veces durante el da, en los momentos ms inoportunos, en las personas que lo padecen.En 2007, cuando tuvo lugar este hallazgo, De Lecea acababa de llegar a Standford, la Universidad donde la optogenticaacababa de ver la luz en el laboratorio de Karl Deisseroth, situado en un stano. Deisseroth y su equipo haban partido de los resultados previos de Gero Miesenbck que en 2002 haba logrado introducir en las neuronas una protena capaz de convertir la luz en electricidad (el lenguaje del cerebro), y permita controlar su activacin y desactivacin.Pero haba inconvenientes tcnicos que impedan su aplicacin a gran escala.En 2005 Deisseroth y Ed Boyden aportaron la solucin, sustituyendo la protena que utilizaba Miesenbck por otra de un alga unicelular.Lograron que funcionara in vitro, pero faltaba hacerlo in vivo y ah fue donde intervino De Lecea, que hall en la nueva tcnica una herramienta perfecta para averiguar cmo decide el cerebro que es hora de despertar. Esto ocurri en la cuarta mejor universidad de Estados Unidos, en la que cada alumno debe desembolsar de 45.729 dlares (42.231 euros) para completar sus estudios, y en un pas donde los milagros en ciencia son posibles porque se puede encontrar financiacin ms all de los fondos pblicos. Algo casi impensable en Espaa, donde la idea de que financiar ciencia vale la pena no ha calado an en la sociedad.Luis de Lecea cuenta que ha acudido a cenas con millonarios para obtener financiacin para sus estudios: He ido a unas cuantas, y es cuestin de contar una buena historia para que ellos sientan que con su dinero pueden contribuir a algo importante. No estn interesados en invertir en ms tecnologa. Hablamos de cmo su dinero puede mejorar otras cosas, y es cuestin de vendrselo bien-Debera haber una buena ley de mecenazgo en Espaa para impulsar la Ciencia?Sin duda. Esto en Estados Unidos est mucho mejor regulado. Estoy en una fundacin de una filntropa multimillonaria que se dedica al estudio de la anorexia porque su hija la padeca. Desde hace 45 aos, dona 4 o 5 millones de dlares a los mejores proyectos que se presentan. Me gusta trabajar con ellos porque quieren marcar una diferencia financiando algo bsico que nadie se atreve a financiar o bien tratamientos realmente innovadores. Pero no dan el dinero a cualquiera, sino bajo el control de los expertos. Y nos preguntan por los proyectos que nos entusiasman. Las normas no son estrictas, se puede dar el doble de dinero a la mitad de proyectos. Y esa flexibilidad es maravillosa.-Tendrn alguna ventaja fiscal?Claro, este regalo a la ciencia depende de que tengan algn beneficio. Esto les da fama y tiene ventajas fiscales. Me admira lo bien organizados que estn. Los filntropos se agrupan para hacer el proceso ms eficiente, juntan recursos de asesores cientficos. Acortan costes administrativos compartiendo espacio de oficinas. Y tienen reuniones para evitar solapamiento de intereses.-Volviendo a la optogentica, se puede aplicar en humanos?Ya se estn haciendo abordajes clnicos en enfermedades degenerativas de la retina. Se inyecta un virus en las clulas ganglionares de la retina [encargadas de transmitir la informacin visual enviada desde los bastones y conos de la retina al cerebro], que las infecta y las hace sensibles a la luz. Mediante unas gafas con una videocmara se proyecta luz azul en el fondo de la retina. La restauracin de la visin que se consigue es muy poco eficiente. Pero las personas que no ven experimentan una gran diferencia entre distinguir sombras o no ver absolutamente nada. Esto les permite manejarse de forma independiente. Es un paso limitado, pero algo que no exista antes y da esperanza. A otros niveles, sustituir la estimulacin cerebral profunda [utilizada en enfermedades como el prkinson] por optogentica, no es algo que est cerca, porque tiene muchas limitaciones que no deberan ser imposibles de salvar, pero en la prctica casi lo son. Pero la transformacin aportada por la optogentica no es de la parte clnica, sino conceptual, que es lo que nos ha cambiado la neurociencia.-Otra tcnica nueva que tambin ha utilizado en sus estudios es Clarity, ideada tambin por Deisseroth, que permite volver transparentes pequeos cerebros para estudiarlos mejor, qu posibilidades tiene?Tiene muchas limitaciones y no tienen el alcance transformador de la optogentica, pero claramente es otra herramienta a nuestra disposicin para el estudio del cerebro.-Qu otras tcnicas destacara?Otra de las tcnicas novedosas es la inteligencia artificial aplicada a la neurociencia. Si haces un ensayo de comportamiento y tienes muchos datos, debes encontrar una funcin [ecuacin] que los englobe a todos. Con la inteligencia artificial esto no hace falta. Lo hace automticamente, y es increble la fuerza que tiene a la hora de clasificar datos e interpretarlos. Es una revolucin en la genmica, la transcriptmica y otros campos.-Y la recin llegada CRISPR-CAS?Es la tercera pata de la revolucin en neurociencia. CRISPR est en fases iniciales, pero en nada seguramente nos permitir averiguar qu genes cambian el comportamiento.-Hace poco Nature publicaba un trabajo en el que el sistema inmune microbiano CRISPR-Cas se utilizaba para codificar una pelcula en el genoma de la bacteria Escherichia coli. Qu futuro tiene esa tcnica? Es un trabajo muy bonito. La belleza del artculo es la prueba de concepto, probar que se puede hacer. Pero no veo clara la aplicacin. Tienes capacidad de codificar dentro el genoma cosas que no se nos haban ocurrido. No creo que esto tenga mucho recorrido, porque la computacin cuntica es 20 veces ms efectiva que este tipo de almacenamiento. Hay avances en tantas direcciones y tantos campos con los que la neurociencia intersecciona, que te puedes imaginar un futuro casi inmediato en el que las cosas no sern como en el siglo pasado.-Por ejemplo?Por ejemplo, en Google aplican la Inteligencia Artificial a la neurociencia, para reconstruccin tridimensional, en tareas que las mquinas no pueden hacer porque tienen muchos grados de libertad, muchas opciones, y entrenar un programa para que lo haga llevara miles de horas. Este problema lo atac Google en 2016 y en noviembre reconstruyeron la primera neurona de forma automtica, con un 70% de ajuste con el trazado manual. En junio de 2017 haban reconstruido, 3.500 neuronas con un ajuste del 90%. Lo que viene detrs son reconstrucciones a gran escala, a travs de redes sociales.-Volvamos al sueo, qu es lo ms novedoso, lo ltimo?Dentro de poco tendremos una imagen mucho ms detallada de los centros crticos para inducir sueo y cmo conectan entre ellos. Porque la induccin de sueo y el despertar utilizan mecanismos muy diferentes. Y el sistema de generacin de sueo parece estar concentrado en reas separadas y ahora empezamos a entender esto que hasta hace poco era otro misterio. En el sueo REM [la fase en la que soamos] tambin se est avanzando bastante, pero sigue siendo un interrogante maysculo. Sin embargo, a m cientficamente no me ha atrado lo suficiente, porque no parece esencial, hay especies sin fase REM pero no sin sueo.-A nivel filogentico, dnde empieza el sueo?Hay un grupo en Lausanne que asegura que la hidra duerme. La hidra es el animal ms sencillo posible y dicen que son sensibles a la deprivacin de sueo. Pero habra que ver si eso es sueo o es simplemente un ciclo biolgico ms. Desde luego, los insectos tienen sueo y est ahora muy claro, a diferencia de hace diez aos. Lo sabemos porque son sensibles a todo lo que es sensible el sueo, incluyendo la cafena. Y los neurotransmisores tambin responden de forma muy parecida. Aunque la organizacin es muy diferente, los actores principales estn muy conservados. En la mosca tienes una capacidad de anlisis gentico descomunal y hay estudios desde hace dos o tres aos muy elegantes, identificando mecanismos homeostticos del sueo. Antes de los insectos, sin duda alguna parece que en los gusanos tambin hay sueo. El coral, los cnidarios, parece que tienen algo ms que un ritmo circadiano. La deprivacin de nutrientes les afecta el ritmo circadiano y tienen un reloj molecular casi como el nuestro.-Es fascinante, por ejemplo, que las aves migradoras puedan dormir mientras vuelanS, parece que se privan de sueo voluntariamente, pero experimentan microsegundos de sueo, con fase REM incluida, y tienen mecanismos de compensacin para no caerse durante el vuelo.-Usted prob que la interrupcin del sueo mediante optogentica impide la consolidacin de la memoria. Y tambin ha participado en trabajos para debilitar memorias perjudiciales, como el miedo, durante el sueo. Esto tendr aplicacin teraputica?Creo que no, son herramientas de investigacin que ayudan a delimitar el espacio en el que la manipulacin del sueo es efectiva. La optogentica ha disparado el inters en tcnicas neuromoduladoras no invasivas porque si puedes manipular un circuito y cambiar el comportamiento, puedes ajustar o reequilibrar algn trastorno. Estos trabajos permitirn que mediante tcnicas no invasivas, neuromoduladoras, aumente la efectividad a la hora de evaluar un tratamiento.-Con qu tcnica suea?Sueo con algo parecido a lo que hace Karl Deisseroth, con Clarity, visualizar el cerebro entero en ratones vivos. Ahora se puede hacer en animales anestesiados. Sueo tambin con nanosenores que nos permitan determinar tanto actividad como liberacin de neurotransmisores a escala muy precisa. Sueo con muchas cosas-Desconecta del sueo alguna vez?S, tengo muchos proyectos de los que no he hablado hoy. Di un curso de neurotica, de cmo los animales toman decisiones morales. Y cmo saben si lo que hacen est bien o mal. Esto entre comillas, claro. Ellos no lo saben, pero hay una cierta tendencia a tomar decisiones que beneficien al grupo y no a ellos individualmente. Cules son los mecanismos cerebrales de esta decisin? Es un tema extremadamente importante. Hemos contribuido tambin bastante al estrs postraumtico. A mis posdoc les digo que consideren el laboratorio como una playa con arena, que jueguen con su imaginacin y que hagan cosas. Y cunto ms originales sean, evidentemente es ms difcil conseguir algo, pero mayor ser la recompensa si lo logran.-La diferencia entre la ciencia que se hace en Espaa y la de Estados Unidos puede residir en esa falta de miedo a equivocarse?Sin duda. Todo el mundo se queja de la burocracia en Europa, esto es algo que habra que cambiar ya mismo. Tienes burcratas que te vigilan sin entender muy bien lo que haces. Un ejemplo. El proyecto de la decisin moral me lo trajo una filsofa que vino con esa cuestin. Yo en principio la envi al departamento de Psicologa. Hizo rotacin en otros laboratorios y volvi para decirme que el mejor para lo que quera hacer era el mo y me lo razon. Y empezamos a pensar en un proyecto de comportamiento muy difcil que public el ao pasado. Ahora es profesora en Duke. Ese proyecto a m me ha enriquecido y me ha dado una profundidad que nunca hubiese pensado. Me oblig a contactar con filsofos en Standford con los que nunca hubiera hablado, y a pensar sobre el cerebro de otra manera. Fui a clases de Psicologa, Humanidades e Inteligencia Artificial. Los estudiantes te obligan a salir de tu zona de confort constantemente.Informaciones relacionadas:Luis de Lecea: Pasamos un tercio de nuestras vidas durmiendo y no estara mal saber por quPor qu mirar el mvil de noche nos quita el sueo?Karl Deisseroth: Puede que nunca logremos entender el cerebro

Ventana al cerebro

Luis de Lecea: “La optogenética ha cambiado nuestra visión del cerebro”

¿Se puede rejuvenecer el cerebro?

Demasiada actividad cerebral afecta a la memoria

Balance positivo y renovación de la Cátedra de Neurociencia UAM-Fundación Tatiana Pérez

Carmen Vela: “El futuro pasa por la Ciencia”

Autismo: detección temprana con resonancia magnética

“La falta de vitamina B acelera la pérdida de audición”

Santiago Ramón y Cajal: “La admiración de la Naturaleza, una tendencia irrefrenable de mi espíritu”

“Las grasas saturadas afectan también a la memoria”

El ejercicio rejuvenece el cerebro

El “punto de Dios” de nuestro cerebro

“No creo que los robots lleguen a ser personas artificiales”

El cerebro superviviente

“El cerebro no determina lo que somos, es solo un mediador”

Reserva cognitiva, un escudo para el cerebro

“El Parkinson podría empezar en el intestino”

“El cerebro anestesiado no duerme, está en coma”