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Impulsando la investigación del cerebro
La última década ha sido testigo de una revolución en nuestra comprensión del cerebro. La resonancia magnética funcional (fMRI) les da a los científicos una visión de nuestros pensamientos más profundos y ansiedades ocultas. Pequeños conjuntos de electrodos que registran las señales neuronales de las diferentes partes del cerebro revelan pistas sobre la forma en que nuestras neuronas codifican y envían información. Pero, ¿qué descubrimientos aportará la próxima generación de tecnologías a la neurociencia? Los científicos del MIT esperan apresurar esa respuesta con el Programa de Neurotecnología del Instituto McGovern, un nuevo programa dedicado al desarrollo de nuevas neurotecnologías. Charles Jennings, director del programa recién contratado, habla con Revisión de tecnología sobre su visión para el futuro.
Charles Jennings, director recién contratado del Programa de Neurotecnología del Instituto McGovern, espera fomentar el desarrollo de tecnologías de próxima generación para el cerebro.
Revisión de tecnología : ¿Por qué iniciar un programa específico para desarrollar neurotecnologías?
Charles Jennings : La neurociencia siempre ha estado impulsada y limitada por las tecnologías disponibles para estudiarla. El cerebro es tan desafiante que necesita formas de grabar y estimularlo. El poder con el que puede hacer estas cosas determina el ritmo de la investigación y de las eventuales aplicaciones clínicas.
NIÑOS : ¿Cuáles son las limitaciones de las tecnologías existentes para el estudio de la neurociencia?
CJ : En su mayor parte, la grabación desde el cerebro implica mirar a través del cráneo de formas que son fundamentalmente limitadas. La IRMF, que fue un gran avance y una de las más poderosas de estas técnicas, mide el flujo sanguíneo. Por lo tanto, nunca se puede obtener una resolución mejor que la velocidad del flujo sanguíneo. Nunca puedes bajar al nivel de una sola celda.
En el otro extremo del espectro, podemos introducir un electrodo en el cerebro, generalmente de animales, una técnica que ha sido tremendamente importante. Pero la mayoría de las veces, solo podemos registrar una o varias de los miles de millones de neuronas del cerebro. Mucha información está codificada en la sincronización de las señales entre neuronas, que no puede ver a menos que registre muchas neuronas a la vez.
También estamos limitados por la duración que podemos registrar. Si desea estudiar un proceso o comportamiento que tarda semanas en adquirir, debe poder observar el cerebro durante largos períodos de tiempo. Esa capacidad abriría muchas preguntas de investigación: los procesos que subyacen a la formación de hábitos, la degeneración a largo plazo, como el Alzheimer, o las enfermedades psiquiátricas, que a menudo se desarrollan a lo largo de los años.
El registro a largo plazo también es clínicamente importante para los tratamientos de estimulación cerebral para la enfermedad de Parkinson y la depresión. [En este procedimiento, se implanta quirúrgicamente un electrodo en la parte del cerebro involucrada en la enfermedad. El suministro de pulsos eléctricos a través del implante bloquea las señales eléctricas que causan temblores y otros síntomas de la enfermedad de Parkinson y, más recientemente, ha mostrado ser prometedor en el tratamiento de la depresión severa.] Y es importante en dispositivos protésicos para víctimas de parálisis, en los que un dispositivo registra de la parte del cerebro involucrada en la planificación y luego traduce esa actividad en el movimiento de un cursor de computadora o una extremidad artificial. El desafío es crear algo que pueda implantar en el cerebro que se comporte de manera consistente durante largos períodos de tiempo.
NIÑOS : ¿Cuáles son algunas de las nuevas tecnologías interesantes que ve en el horizonte de la neurociencia?
CJ : Creo que veremos un gran impacto de la genética humana. Nuestros vecinos del Broad [Institute], por ejemplo, han desarrollado herramientas para observar variaciones individuales en nuestra información genética y están buscando genes involucrados en la esquizofrenia y el trastorno bipolar. (Véase Un nuevo mapa para la salud.) Hasta ahora se han identificado pocos genes, por lo que existe una necesidad urgente de descubrir la base genética de estas enfermedades.
Una de las tendencias que hemos visto en los últimos dos años es el interés en combinar la genética y las imágenes cerebrales. Si identifica un gen involucrado en una enfermedad psiquiátrica, querrá preguntar cómo ese gen afecta el comportamiento y cómo afecta la función cerebral. El cerebro es una caja negra hasta que lo miras. El mayor desafío será establecer todas las conexiones entre genes y comportamiento. ¿Cómo interactúan las influencias ambientales con la genética para moldear el cerebro e influir en el comportamiento?
NIÑOS : ¿Qué tipo de tecnologías quieres desarrollar?
CJ : Hasta ahora, estamos colaborando con Ian Hunter, profesor de ingeniería mecánica en el MIT, que está desarrollando electrodos de nanocables que son mucho más finos que los electrodos de corriente. (Consulte Electrodos diminutos para el cerebro). Puede introducirlos en más partes del cerebro y dañar menos el tejido.
Otro proyecto consiste en desarrollar nuevos métodos para fMRI. Queremos crear moléculas informadoras que sean sensibles a diferentes [sustancias químicas] en el cerebro, como el calcio, una importante molécula de señalización. Un marcador que cambia con la concentración de calcio podría generar imágenes de la actividad neuronal con una resolución mucho mayor que los métodos actuales.
A largo plazo, queremos pensar en proyectos grandes, de alto riesgo y con grandes beneficios. Si observa la resonancia magnética funcional, es una nueva forma radical de ver el cerebro. ¿Qué lo reemplazará 20 años después? La vista de ciencia ficción consistiría en dispositivos en miniatura que se alojarían en los capilares y grabarían desde neuronas cercanas y transmitirían esos datos a través del cráneo. Piense en lo que podría hacer si tuviera un gran número de estas cosas que pudieran alimentarse por sí mismas y pulular por el cerebro. No sabemos si se puede hacer, pero me han dicho que no hay ninguna razón teórica por la que no sea posible.