Cómo funciona el cerebro

The Green Mile - Tom Hanks & Mr. Jingles MouseA pesar de estar lleno de “se cree que”, nuestro conocimiento acerca del cerebro humano es enorme. Procedimientos como la microscopia electrónica y la técnica de fluorescencia de dos fotones( two-photon fluorescence) con ayuda de tintes fluorescentes que entran y salen de las neuronas en el lapso de centenas de microsegundos durante las sinapsis, permitiendo una visión de menos de 1 micrómetro, nos han permitido desentrañar grandes misterios acerca de su funcionamiento aunque aún queda muchísimo por descubrir.

Hemos descubierto por ejemplo que aproximadamente el 80% de nuestras conexiones sinápticas excitadoras se producen a través de un neurotransmisor llamado glutamato, mientras que las sinapsis inhibitorias están principalmente gobernadas por la sustancia conocida como GABA, abreviación de “ácido gamma-aminobutítrico”.

En las delgadas dendritas que se extienden desde el soma o cuerpo de la célula, podemos observar incluso las espinas dendríticas que afloran de ellas con un tamaño de tan solo 1 micrometro, apareciendo y desapareciendo en el transcurso de los días dando cuenta de la plasticidad del cerebro a lo largo de nuestra experiencia de vida.

La tecnología ha permitido hacer cortes en el cerebro de un ratón, con espesores de 70 nanómetros e intervenir células individuales con la técnica patch-clamp, a través de pipetas que terminan en capilares de vidrio de tan solo 1 micrómetro de espesor por cuya punta podemos hacer circular pequeñísimas corrientes líquidas y estimular a las neuronas eléctricamente.

Es a través de pequeñas corrientes en el orden de pocos mili-volts que trabajan las neuronas. Con una gran gama de variedades desde neuronas de algunas centenas de micrómetros de extensión hasta neuronas que llegan desde nuestras extremidades a través del tejido nervioso hasta nuestro tálamo, todas tienen un funcionamiento similar en que superando una cierta cantidad de mili-volts, la corriente se dispara al doble o triple de potencial en el lapso de 1 milisegundo, permitiendo un 10% de posibilidades de liberación de los neurotransmisores por cada disparo de potencial, hacia las neuronas aledañas dando así cabida a la comunicación entre ellas a través de su extensa y compleja red de conexiones.

¿ Cómo se han logrado todos estos avances?. Principalmente a través de nuestros pequeños “hermanos gemelos” que son las ratas…. Increíblemente, estos animales tan pequeños tienen un increíble parecido a nosotros los humanos. Después de otros primates, estos mamíferos tienen una genética sorprendentemente similar, sobretodo en cuanto al cerebro se refiere. El 99% del código genético para las proteínas tienen sus homólogos en nuestra especie, lo que demuestra que tenemos ancestros comunes de hace unos 80 millones de años.

La principal diferencia entre el cerebro de una rata y un ser humano, es el tamaño. El cerebro de la rata con 100 millones de neuronas, pesa 1 gramo; mientras que el del ser humano pesa 1 kilo y medio con sus 100.000 millones de neuronas. Sin embargo, en cuanto a la similitud podemos decir que el funcionamiento es casi el mismo. Tanto el flujo de información visual, táctil, gustativa, y auditiva, desde el tálamo a la neo-corteza es similar; el envío de señales excitadoras de glutamato en el neo-corteza a otras áreas del cerebro; los circuitos del cerebelo para la coordinación sensomotora fina; e incluso la ubicación de las distintas áreas del cerebro tienen su homologo entre humanos y ratas.

Con todo esto no es de extrañar que uno se pregunte si estos pequeños hermanos sufrirán o qué tanta conciencia tendrán de lo que experimentan cuando los científicos los utilizan para descubrir el funcionamiento del cerebro. Acerca de eso no sé mucho, pero personalmente sí es una pregunta que me genera preocupación. Aún estudiamos qué es la conciencia, y al menos cuando veo programas de televisión en canales como Discovery, siempre noto que se obvia la existencia de un ente al que podríamos llamar “Yo” para hablar del cerebro como el partícipe directo en la experiencia del ser humano.

Todo de lo que he hablado hasta aquí, es parte de lo que aprendí los últimos 2 meses en un curso del sitio web edx.org llamado “BrainX Cellular mechanisms of brain function” dictado por el profesor Carl Petersen, de una de las Universidades más prestigiosas de Suiza; la École Polytechnique Fédérale de Lausanne.

Hay algo muy interesante relacionado con la rata. Podríamos comparar sus bigotes con nuestra capacidad de tacto. Los bigotes de la rata están dispuestos en una secuencia de filas y columnas como lo sería una planilla Excel. Lo sorprendente es que podemos dibujar este mapa con la ubicación de los bigotes no solo junto a su hocico, sino también en el cerebro; es decir, si tocamos el bigote “C3”, en el mapa imaginario que dibujemos en el cerebro, encontraremos que ese bigote específico generará una señal exactamente en la misma posición “C3” en el cerebro. Si tocamos el bigote “C2”, en el cerebro también se activará el punto aledaño “C2”. Los mapas tienen las mismas posiciones, tal vez con muy pequeñas variaciones como por ejemplo el tamaño de la zona.

Bigotes de ratón y cerebro

Tal vez esta es una de las cosas que más me sorprendió descubrir, y quiero mencionarlo como conclusión de este artículo pues el cerebro de la rata es tan similar al del humano que hemos diseñado un pequeño aparato que son básicamente una serie de pequeñísimas agujas separadas a 400 micrómetros una de otra, aproximadamente medio milímetro. El aparato tiene 10 agujas de ancho y 10 de largo, con lo que se forma una pequeña placa de 5×5 milímetros.

La particularidad de este aparato es que al clavarlo directamente en el cerebro de una persona, en una región específica, éste recibe las señales eléctricas de dicha zona y las transmite a una máquina externa. Esto permitió, como se puede ver en el siguiente video, a una mujer tetrapléjica en el año 2012 controlar un brazo robótico con una rapidez de comunicación de pocos milisegundos, casi instantáneamente desde el cerebro.

Este es algo que sigue probándose a través de este y nuevos mecanismos como el “Emotiv EPOC”( emotiv.com) que no requiere intervención quirúrgica y cualquiera puede adquirir a través de internet como una especie de casco de super-poderes a un precio cercano a los 500 USD. Una de las demostraciones públicas que se esperaba tuviese mayor connotación fue la patada inicial en el mundial de futbol del 2014, que mencioné en un artículo anterior( leer artículo, click aquí), utilizando lo que se conoce actualmente como una interfaz cerebro-maquina.

Así sigue el desarrollo del conocimiento y la técnica. Desde la rata, al ser humano, y quién sabe qué vendrá dentro de los próximos 50 años. Los conceptos que se nos vienen sobre la cabeza tal vez sean “singularidad tecnológica” y “transhumanismo”. Solo el tiempo lo dirá, de momento nos queda seguir desentrañando los misterios del computador que llevamos en el cráneo y tomar conciencia de la capacidad de sentir y percibir la realidad que tienen otros mamíferos y animales diferentes del ser humano.

Fuentes:
Curso “Cellular mechanisms of brain function” en Edx.org
Mapas del cerebro “Allen Brain Atlas”

 

Artículo redactado por Alejandro RR,
actual supervisor de chilean.iqsociety.org

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