Entre el desafío científico y los nuevos enigmas: así
concluye una década de investigación del cerebro
La Unión Europea finaliza este mes la financiación
del monumental 'Human Brain Proyect' (Proyecto Cerebro Humano), uno de
los mayores retos de la neurociencia del inicio de siglo. Gracias a la
interacción entre esta disciplina, la informática, la ingeniería y las
matemáticas, esta iniciativa internacional ha intentado modelar un
cerebro virtual para lograr avances tecnológicos en medicina.
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Diez años, 600 millones de euros, periódicas
críticas a la gestión del proyecto, varios cambios de rumbo y una
compleja y apasionante colaboración científica entre 155 instituciones
de 23 países europeos. Es lo que ha costado concluir el Proyecto Cerebro
Humano (Human Brain Proyect o HBP), uno de los mayores retos de
investigación financiados por la Unión Europea, que ha aportado dos
tercios de los fondos. Ha sido un desafío colosal en el intento de
modelar digitalmente —mediante supercomputadores— el órgano que rige
nuestras vidas, para intentar desentrañar su estructura y su función.
Como objetivo final de esta iniciativa que ha aunado neurociencia y
tecnología se encuentra el desarrollo de aplicaciones innovadoras para
abordar patologías como la epilepsia, las enfermedades
neurodegenerativas, la esquizofrenia o la ceguera.
Para ello, los científicos han creado mapas detallados de las conexiones
neuronales y han desarrollado modelos computacionales que pueden simular
la actividad cerebral, lo que ha llevado a un mejor entendimiento de los
procesos cognitivos y emocionales.
El HBP también ha contribuido a entender qué es la conciencia y ha
avanzado en el conocimiento de los mecanismos neuronales que subyacen a
la visión o la memoria.
Desafiante nivel de complejidad
El cerebro ocupa entre 1,4 y 1,5 litros de volumen encerrados en el
cráneo, contiene unos 86 000 millones de neuronas relacionadas mediante
billones de conexiones sinápticas en continua evolución. Procesa la
información que recibimos de nuestro cuerpo y del exterior, almacena
recuerdos y nos permite sentir emociones o tener conciencia.
Las células cerebrales pueden reaccionar en fracciones de milisegundos,
pero algunos cambios se desarrollan a lo largo de toda la vida
Como relata a SINC, por videoconferencia desde Alemania, la actual
directora científica del HBP Katrin Amunts —catedrática del Instituto
Cécile y Oskar Vogt de Investigación Cerebral de la Universidad de
Düsseldorf y directora del Instituto de Neurociencia y Medicina del
Centro de Investigación de Jülich—, el cerebro humano “es un sistema
complejo organizado en múltiples escalas espaciales y temporales que
interaccionan entre sí”.
Por un lado, este se estructura en niveles que van desde el molecular al
celular, hasta llegar al de los sistemas superiores encargados de
funciones cognitivas clave, como el lenguaje y la orientación espacial.
Por otro, en términos de tiempo, las células cerebrales pueden
reaccionar en fracciones de milisegundos, pero algunos cambios se
desarrollan a lo largo de toda la vida, según explica la
neurocientífica.
“Es el sistema más apasionante y complejo que se pueda estudiar”,
sostiene.
Entre lo audaz y lo descabellado
Las semillas del HBP las plantó, en Suiza, Henry Markram —carismático
neurocientífico de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL)— con
la fundación, en 2005, de la iniciativa de investigación internacional
Blue Brain Project, que ya perseguía la recreación digital del cerebro
de algunos mamíferos.
Neurobotics cerebellum. / Ignacio Abadía.
El espaldarazo definitivo llegó cuando, en 2013, la Comisión Europea
consideró al HBP y la investigación del grafeno como proyectos
emblemáticos ganadores de su primer concurso de Tecnologías Futuras y
Emergentes (FET), un programa destinado a impulsar a largo plazo la
industria y promover el liderazgo tecnológico.
Así, el HBP se garantizó una financiación millonaria durante una década
que ha estado jalonada a la par de hitos científicos y controversias, y
que este septiembre toca a su fin.
Su principal objetivo era tan claro para Markram, su promotor inicial,
como descabellado para algunos de sus críticos: lograr la simulación
virtual mediante supercomputadores del cerebro humano en su totalidad,
de la misma manera en que el Proyecto Genoma Humano había cartografiado
nuestro genoma una década antes (la secuencia completa se publicó en
2003).
En efecto, esa meta se ha demostrado demasiado ambiciosa. Para algunos
investigadores, la producción científica del HBP ha quedado "fragmentada
y en mosaico", como declaró a Nature Yves Frégnac, miembro del HBP,
científico cognitivo y director de investigación del Centro Nacional
para la Investigación Científica de Francia (CNRS). "No veo el cerebro,
veo partes del cerebro", afirmó este investigador.
El HBP también ha sufrido frecuentes críticas a su gestión y
trayectoria, muchas desde dentro. La más sonada fue la carta de protesta
dirigida a la Comisión Europea que firmaron alrededor de 150 científicos
en julio de 2014.
“Al principio se hizo demasiado hincapié en el significado y el papel de
la simulación y también se simplificó demasiado"
Katrin Amunts, directora del HBP
La misiva llevó, ocho meses después, a la disolución de su comité
ejecutivo formado por tres personas —Markram entre ellas—y a su
sustitución por otro más amplio. El detonante, la decisión de Markram
—entonces director del HBP— de eliminar la neurociencia cognitiva de la
iniciativa, lo que se tradujo en la salida del proyecto de una red de 18
laboratorios participantes. Los vaivenes en la dirección del proyecto no
acabaron ahí, produciéndose nuevos cambios entre 2016 y 2020.
Logros pioneros
En cualquier caso, Amunts cree que los principales objetivos del HBP sí
se han logrado y destaca la reciente publicación de un libro, disponible
en línea, que recoge todas las herramientas y servicios que se han
desarrollado.
“Al principio se hizo demasiado hincapié en el significado y el papel de
la simulación y también se simplificó demasiado. Se dio a entender que
era un método que permitía estudiar la función de todo el cerebro con
todos los detalles, pero eso no es así”, señala.
De hecho, esta experta considera que lo importante no es tanto ofrecer
una copia digital del cerebro en su totalidad, sino posibilitar modelos
y simulaciones específicas que den respuesta a problemas concretos: “En
ese campo, hemos visto muchos progresos en los últimos diez años”.
Además, recalca, “estos modelos están empezando a tener aplicaciones
clínicas y podemos avanzar en medicina aplicándolos a cuestiones muy
concretas”. Su poder de predicción es “suficientemente bueno” como para
“ayudar a los cirujanos a planificar mejor su cirugía en pacientes con
epilepsia", añade.
En efecto, pese a los avatares y aun habiendo descarrilado el mapeo
global, los numerosos subproyectos del HBP han logrado avances
determinantes para la neurociencia. Entre los más destacados, la
creación de una infraestructura virtual de investigación denominada
EBRAINS —disponible para científicos de todo el planeta— que reúne
datos, herramientas y aplicaciones informáticas para realizar
simulaciones y experimentación relacionada con el cerebro.
Su origen lo constituyeron seis plataformas operativas independientes
lanzadas por el HBP en 2016 que abarcaban áreas como la simulación
cerebral, el análisis y computación de alto rendimiento o la
neurorobótica, y que se han acabado integrando en una sola, en un
intento por atajar las reiteradas críticas recibidas a causa de la
fragmentación de los hallazgos del HBP.
También se ha desarrollado el atlas más detallado hasta la fecha del
cerebro humano —accesible a través de EBRAINS— y se han mapeado de forma
tridimensional unas 200 regiones cerebrales. “Es como un Google Maps
para el cerebro”, observa Amunts. "Permite combinar los diferentes
aspectos de la organización cerebral e ir de lo micro a lo macro para
vincular los diferentes niveles. Capta, asimismo, las variaciones de las
áreas cerebrales entre sujetos, lo que es fundamental para posibilitar
sus aplicaciones clínicas”, indica.
El uso de copias virtuales del cerebro también se ha estudiado para
dirigir la colocación de implantes que pueden mejorar los síntomas de
algunos pacientes con párkinson
El HBP ha contribuido asimismo al desarrollo de la inteligencia
artificial (IA) mediante la creación de redes neuronales artificiales y
modelos de aprendizaje profundo, facilitando técnicas avanzadas para el
procesamiento de grandes volúmenes de datos o elaborando modelos
computacionales que intentan simular el funcionamiento del cerebro
humano, e incluso controlar robots o teléfonos inteligentes. También lo
ha hecho proveyendo herramientas útiles para investigadores en IA que
buscan entender mejor los fundamentos biológicos del aprendizaje y la
cognición.
De los cerebros virtuales a la clínica
Entre las aplicaciones clínicas logradas destaca el desarrollo de
“cerebros gemelos”. Se trata de clones digitales personalizados donde,
por ejemplo, se identifican con precisión las áreas de la corteza
cerebral responsables de desencadenar crisis en epilepsias que no
responden a tratamientos farmacológicos convencionales. Esto, a su vez,
facilita que se orienten mejor los procedimientos quirúrgicos que
abordan estas condiciones médicas.
El uso de estas copias virtuales del cerebro también se ha estudiado
para dirigir la colocación de implantes que, mediante estímulos
eléctricos, pueden mejorar los síntomas de algunos pacientes con
párkinson y predecir sus resultados antes de realizar la cirugía.
Eduardo Fernández —catedrático y director del Instituto de Bioingeniería
de la Universidad Miguel Hernández de Elche— es coautor de una de las
publicaciones científicas derivadas del HBP. Se trata de una
investigación publicada en 2020, en Science, que avanza en primates no
humanos la posibilidad de restaurar la visión en invidentes mediante
implantes en la corteza cerebral, como detalla por teléfono a SINC el
también miembro del CIBER-BBN (Bioingeniería, Biomateriales y
Nanomedicina).
Çhip con escalas cerebrales. / Universidad de Heidelberg.
Aunque Fernández no está vinculado directamente al HBP, sí lo está el
grupo de Pieter Roelfsema, director del Instituto de Neurociencias de
Holanda (NIN), con quienes colaboraron en este trabajo. “Implantamos 1
024 electrodos en su corteza visual y demostramos que somos capaces de
inducir percepciones complejas, e incluso que los animales eran capaces
de percibir diferentes letras”, detalla el experto.
El equipo de Fernández ya ha ido más allá, probando esta técnica en tres
personas voluntarias. El primero de esos casos se publicó, en 2021, en
The Journal of Clinical Investigation. Se trataba de una persona de 57
años con ceguera total, a quien se le implantaron 96 electrodos que se
mantuvieron seis meses en su corteza visual, lo que le permitió
identificar algunas letras grandes y reconocer límites de objetos.
“El sistema completo lleva unas gafas con una pequeña cámara que
codifica la información que recibe mediante unos algoritmos, como si
fuera una retina artificial, y eso es lo que se envía al cerebro”, según
relata Fernández. “También tenemos que hacer un seguimiento de hacia
dónde está mirando el globo ocular porque si el ojo se mueve, la
percepción también se desplaza”, aclara.
En cualquier caso, “esto es investigación, no es ningún tratamiento
clínico”, matiza el especialista, que subraya que su objetivo es mejorar
la calidad de vida de estas personas.
“Desarrollamos un sistema que a personas totalmente ciegas les pueda
ayudar en su orientación, su movilidad o a leer caracteres grandes. Pero
no es como ver de nuevo, no es recuperar la visión, eso no sabemos
hacerlo. Lo que sí empezamos a saber es cómo proporcionar información
útil para algunas tareas. Al final, las personas aprenden a manejarla,
es como aprender un lenguaje nuevo”, zanja el investigador.
El futuro de la neurociencia europea
Pendientes de que la Comisión Europea (CE) presente su balance sobre el
HBP el próximo enero, hoy los investigadores vinculados a la materia se
enfrentan a ciertas incertidumbres. Además, mientras Europa desarrollaba
el HBP, países como Estados Unidos, China, Japón, Australia o Corea del
Sur también han iniciado proyectos para estudiar a largo plazo el
cerebro, un aliciente para no dormirse en los laureles.
¿Cuál es el horizonte de la neurociencia en el continente? “En los
últimos meses y años se han formado nuevos consorcios con colaboradores
de dentro y fuera del HBP. Por ejemplo, tenemos previsto un proyecto en
el campo de la salud mental que empezará en 2024”, apunta Amunts.
“La infraestructura EBRAINS también continuará, lo que posibilita estos
proyectos”, sostiene la científica. Mientras la CE decide si acepta una
nueva solicitud de fondos para mantenerla, esta labor descansa en once
países europeos, entre los que se encuentra España. “Así, pues, ya no
tenemos un buque insignia, sino parte de un buque insignia y muchos
barcos flotando a su alrededor que llevarán esta colaboración a la
siguiente fase”, resuelve la neurocientífica.
“Es importante que haya financiación a largo plazo para no quedarnos
atrás y por las repercusiones que puede tener en mejorar la calidad de
vida de las personas”, recuerda, por su parte, Fernández. “Se han
logrado muchísimas cosas, se han generado una gran cantidad de
herramientas muy útiles y hay que seguir adelante. No nos podemos
parar”, acota.
La necesaria colaboración entre disciplinas como la neurociencia, la
tecnología y la inteligencia artificial también plantea cuestiones
éticas, sociales, jurídicas y filosóficas pendientes de dilucidar. Por
ejemplo, en lo relativo a las interfaces cerebro-ordenador o a la
posible manipulación de la mente. Cabe, por tanto, esperar que el
creciente debate sobre los llamados neuroderechos (del inglés, “neurorights”)
y los marcos normativos evolucionen en paralelo a la investigación.
Fuente: SINC
Derechos: Creative Commons
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