Javier de Felipe, “Conocer cómo funciona la corteza cerebral es conocernos a nosotros mismos”

Entrevista a Javier de Felipe, neurobiólogo del Instituto Ramón y Cajal (CSIC)

Antes de entrar en el Instituto Ramón y Cajal, a Javier de Felipe (Madrid, 1953) no se le había pasado por la cabeza que acabaría dedicándose en cuerpo y alma a estudiar el cerebro. Porque antes se había dedicado a investigar en ámbitos tan diversos como la botánica, la bioquímica o la genética. Y sin embargo, fueron sus conocimientos sobre el cerebro los que lo llevaron a participar en la misión proyecto NEUROLAB (1998) de la NASA y ahora a formar parte del ambicioso proyecto Blue Brain; la iniciativa arrancó en 2002 y pretende aunar y coordinar los esfuerzos de grupos investigadores de todo el mundo. El objetivo: entender la estructura del cerebro y recrear un modelo en el ordenador. Así, podría darse con soluciones para patologías como el Alzheimer o la esquizofrenia. De Felipe lleva la coordinación española.

(entrevista publicada en el número 9 de la revista Redes para la ciencia)

Léela en pdf aquí: Javier de Felipe

Javier de Felipe

Javier de Felipe

Es fascinante estudiar la corteza cerebral, que es la estructura que recubre el cerebro. Representa nada menos que el 85% de todo el cerebro [corteza y sustancia blanca]. Tiene muchísimo interés porque está relacionada con las capacidades que distinguen al ser humano del resto de los animales, como la abstracción, el lenguaje, la memoria, la creatividad, la posibilidad de inventar. Es, de hecho, la región que más ha evolucionado en el cerebro y en ella se encuentra aquello que nos hace ser humanos.

El resto de mamíferos también cuentan con corteza cerebral. Y, sin embargo, no son capaces de hablar, ni de componer una melodía, ni de pensamiento abstracto, por ejemplo.

Compartimos con los primates una estructura cerebral similar y, sin embargo, ellos tardan años en aprender cosas como comer en un plato, cuando un niño de dos años es capaz de hacer eso y más. ¿Por qué? Los seres humanos tenemos una enorme capacidad para desarrollar habilidades, pero no nacemos con ellas, sino que las desarrollamos a través de la educación y de la cultura. Muchos científicos piensan que la diferencia entre el ser humano y el resto de animales es una mayor complejidad de la neocorteza, la parte de la corteza cerebral que se desarrolló de forma más tardía en la evolución , con un mayor número de circuitos, aunque todos compartamos los mismos circuitos básicos. Se piensa que el cerebro está formado por unas estructuras elementales que se llaman “columnas” y  sabemos que en el cerebro humano hay muchas más de estas columnas que en otras especies.  Tener un mayor número de estos elementos básicos supone una mayor capacidad.

No obstante, otros científicos, entre los cuales me incluyo, creemos que, además, la diferencia entre el ser humano y el resto de mamíferos estriba en una serie de células nuevas, únicas de nuestra especie, que caracterizan nuestra corteza. No es que seamos los únicos; los animales también tienen células propias. Por ejemplo, una jirafa tiene unas neuronas únicas y exclusivas de las jirafas en su corteza cerebral.

Cada especie tiene un cerebro propio.

Eso es. Y si comparamos un cerebro de chimpancé con uno humano, veremos que presenta diferencias. Y ahora estamos, justamente, inmersos en tratar de averiguar más sobre esas diferencias, porque no es sólo que poseamos una mayor cantidad de circuitos neurales, sino que la propia estructura del cerebro en sí es la que cambia.

¿Qué sabemos de la corteza cerebral?

Es la región del cerebro más estudiada por la ciencia. De hecho, ¡se publican miles de artículos cada año! Es imposible leerlos todos.

Entonces, poco quedará por descubrir…

¡Al contrario! La actividad de esta región está relacionada con aquellas características que nos hacen ser humanos. Es muy importante conocer bien su funcionamiento, porque eso nos permitiría conocernos a nosotros mismos. Por eso, neurocientíficos de todo el mundo nos hemos embarcado en un nuevo proyecto, el Blue Rain. Se trata de un enorme esfuerzo internacional para coordinar cientos de laboratorios dedicados al estudio de los circuitos del cerebro. ¡Es como disponer de un laboratorio multidisciplinar gigantesco!

¿Por qué es ahora?

Porque ahora contamos con medios increíbles para la investigación, que antes jamás habíamos tenido, como superordenadores y máquinas que nos permiten estudiar el cerebro a nivel microestructural, nanométrico; hemos desarrollado, por ejemplo, métodos para el análisis de las conexiones sinápticas con microscopios electrónicos. Hasta ahora, era casi imposible reconstruir las imágenes de esas conexiones: para reconstruir un milímetro cúbico hacen falta nada menos que cerca de 10 mil millones de imágenes. Y antes se hacía a mano.

¡Trabajo  de chinos!

Ahora realizamos una aproximación matemática, visualizamos las estructuras en dos dimensiones y, a continuación, aplicamos más matemáticas para incorporar a esas figuras volumen. Las nuevas máquinas de que disponemos, microscopios electrónicos, permiten que introduzcamos un trocito del cerebro y, de forma automática, van escaneando lonchas ultrafinas, de 20 nanómetros o milésimas de micra, que luego recomponen para obtener una imagen de tres dimensiones. Y a continuación, analizamos las miles y miles de conexiones sinápticas mediante métodos matemáticos. En eso consiste el proyecto Blue Brain, muchos grupos coordinados de todo el mundo que trabajan con nuevas tecnologías.

¿De qué se encarga cada uno?

Cada grupo aplica sus conocimientos para un mismo fin. Es un intento exhaustivo a escala mundial para hacer ingeniería inversa del cerebro: queremos desmontar la máquina para entenderla y poder volver a montarla.

¿A qué se dedican los grupos de investigación españoles que participan en el proyecto?

En España estudiamos las columnas neuronales, la unidad estructural y funcional básica del cerebro. Son como una especie de cilindro de un cuarto de milímetro de diámetro y una altura de entre 1,5 y 4,5 milímetros, que es el espesor de la corteza cerebral. Aunque no se sabe del cierto, porque sólo contamos con estimaciones, creemos que en el cerebro humano puede llegar a haber 50 millones de columnas, y en cada una de ellas, unas 60.000 neuronas. Nadie ha conseguido reconstruir una columna y eso es lo que queremos hacer nosotros. Queremos saberlo todo sobre ellas, desde cuántas sinapsis se producen, el número de vasos sanguíneos que la riegan, qué tipo de células nerviosa tiene y cuántas, los neurotransmisores… En España, somos cincuenta equipos de diversos  centros españoles que nos vamos a dedicar a estudiar, entre otras cosas, la organización anatómica y funcional de la columna de una rata. Y no vamos a tardar mucho en dar con esa información, unos cuatro o cinco años. Eso nos abriría la puerta a estudiar la columna de otras especies, como la del ser humano.

¿Qué utilidad tiene saber cómo es una columna?

Con esa información se podrá estudiar el funcionamiento de la corteza cerebral y cualquier enfermedad que la afecte, como el Alzheimer, la epilepsia, la esquizofrenia, la demencia, o la depresión. Y podremos simular, por ejemplo, la acción de determinados fármacos en el cerebro, como los que usan para tratar el Alzheimer o la depresión. Si tenemos una columna con todas sus células y sabemos cómo se distribuyen las sinapsis en el espacio, podemos disminuir, aumentar o bloquear las conexiones sinápticas y ver cuál es la respuesta de la columna. Es el sueño de los sueños, una herramienta genial para miles de científicos, que va a ayudarnos muchísimo a aprender cómo funciona el cerebro y cómo y por qué lo afectan algunas patologías.

¿Cuál es la principal diferencia entre Blue Brain y el resto de proyectos destinados a estudiar el cerebro?

Los que estudiamos el cerebro somos una legión: estamos los neurocientíficos, los psiquiatras, los neurólogos, los psicólogos… Miles de personas que investigamos el cerebro y que aún tenemos un desconocimiento bastante grande sobre cómo funciona. Uno de los grandes problemas al que nos enfrentamos es que es difícil extrapolar la información de un laboratorio a otro; en los papers por ejemplo no se suele especificar con qué especie de rata se ha hecho el estudio ni de qué edad eran los individuos. Tampoco se suele describir todo lo que el científico ve. Por lo tanto, cuando se estudia un trabajo científico es muy difícil que luego un laboratorio pueda aplicar lo que ha encontrado otro. De ahí que se repitan tantas investigaciones. Además, hay muchos descubrimientos que no están demasiado claros, que están basados en hipótesis. Y eso es un problema.

En el proyecto Blue Brain, por primera vez en la historia, todos los grupos que participamos, de todo el mundo, estudiamos lo mismo: una columna neuronal de una determinada rata, de una determinada edad, macho. Así es como estamos avanzando mucho más. Y creo que en cuestión de cuatro o cinco años tendremos la estructura completa de la columna en la rata. Luego intentaremos reproducir ese modelo con una impresora 3D, en donde podremos distribuir las células nerviosas, las gliales, y añadiremos las sinapsis. Lo sabremos todo sobre la columna. De forma individual, un solo grupo, para obtener toda esa información tardaría más de 300 años.

¿Llegaremos a comprender el cerebro por completo?

Algunos científicos creen que es imposible, porque es demasiado complejo. A mí me gusta decir que es un órgano que apenas pesa un kilo y medio, que cabe en una mano, y que, sin embargo, es todo un universo. No hay ningún otro órgano del cuerpo humano tan complejo; el hígado, los riñones, son mucho más sencillos; tienen tan sólo dos o tres tipos de células y nada más, sin prolongaciones, ni conexiones, ni nada. Ahora mismo contamos con las herramientas necesarias para poder estudiar el cerebro. Es cierto que es muy difícil por su complejidad, pero sobre todo, por la falta de organización. A ver si con Blue Brain lo conseguimos.

¿Este “universo” de neuronas es también infinito?

Con cada avance, se descubren nuevas cosas sobre el cerebro. Pero eso no quiere decir que sea infinito. Llegará un momento en que no habrá nada nuevo que estudiar, porque es un órgano complejo pero limitado. Ahora somos un ejército de personas trabajando. Lo único que tenemos que aprender es a coordinarnos. Por ejemplo, desde que hemos empezado a participar en Blue Brain en España hemos avanzado de forma brutal. Hemos establecido puentes entre disciplinas; por ejemplo, con matemáticos que nunca en su vida habían visto una neurona, hemos conseguido crear células nerviosas virtuales. Hemos desarrollado también un programa que se llama ‘espina’ y que sirve para marcar las sinapsis. Lo que antes tardábamos años en hacer, ahora con este programa lo tenemos en un solo día.  Trabajar con matemáticos, con informáticos, con físicos, aporta puntos de vista distintos, enriquece el trabajo y nos hace avanzar en las formas de visualización, que a su vez, permiten que hagamos análisis que quizás a los neurobiólogos no se nos hubieran ocurrido de las espinas dendríticas.

Llegar a una comprensión global del cerebro y, sobre todo de la corteza, ¿podría abrir la puerta a hallar soluciones para patologías como el Alzheimer?

Por supuesto. La mayoría de las capacidades cognitivas, como el lenguaje, la memoria o el aprendizaje, tienen que ver con las espinas dendríticas, una estructuras que tienen las células piramidales, que son las células nerviosas principales de la corteza cerebral. Las piramidales son las más numerosas y las espinas dendríticas son como las espinas de una rosa, una especie de pequeñas profusiones que tienen estas neuronas. Es ahí donde se forman la mayor parte de las conexiones de la corteza.

Es decir, que los procesos sinápticos que nos permiten hablar una lengua, o pintar un cuadro tienen lugar en esas estructuras.

Exacto. De ahí que tenga un enorme interés analizar cómo se forman, cómo se mantienen y cómo reaccionan ante los medicamentos. Porque en cualquier enfermedad que afecta a la corteza cerebral, las espinas son dianas. Además, cada uno de nosotros tiene un número distinto, porque no nacemos con ellas, sino que se desarrollan. Cuanto más estimules el cerebro, más conexiones se desarrollan y, por tanto, más espinas dendríticas. Las personas que se dedican a actividades intelectuales, por ejemplo, suelen tener un mayor número.

¿No tiene nada que ver nuestra genética?

Sí que tiene que ver. No naces con un número determinado de espinas pero sí con una predisposición genética a tener un máximo de ellas. Por ejemplo, yo puedo haber nacido para tener unas 25.000 espinas por célula piramidal, pero por mi actividad intelectual, sólo haber desarrollado 15.000. En cambio, otra persona puede que tenga un cerebro para 20.000 espinas como mucho pero desarrollarlo a tope, por lo que al final tiene más habilidades y capacidades que yo, que había heredado una mayor potencialidad. Seguro que hay muchas personas que podrían haber llegado a ser grandes artistas, escritores, matemáticos brillantes, músicos y que no lo son porque no han desarrollado esas habilidades. Ser o no ser un genio depende de la educación, de los valores aprendidos.

Y sin embargo, a pesar de que una persona desarrolle las potencialidades de su cerebro al máximo, puede padecer Alzheimer, una degeneración cognitiva

En una persona intelectual, como, pongamos por caso, Pascual Maragall, el ex president de la Generalitat de Catalunya, si empieza a perder espinas dendríticas por el Alzheimer, como tiene muchas de reserva, porque ha desarrollado millones de conexiones, el avance de la enfermedad es más lento y se nota menos. En cambio, en otra persona que no haya estimulado tanto su cerebro, el proceso es más rápido. Las espinas que se pierden por el avance de la enfermedad, no se pueden recuperar. Cuando desaparecen, con ellas se borran memorias, recuerdos. Desde la neurociencia, cuando se detecta, lo que tratamos de hacer es frenar la enfermedad.

Resulta paradójico que tantísimos investigadores se dediquen a estudiar algo tan minúsculo como es una columna neuronal…

Ahora los científicos sabemos mucho de muy poco. El científico que sabía de todo ya no existe.

¿Los Leonardos, los Galileos, los Artistóteles… ya no se llevan?

Hoy en día es imposible. Antes sabías cuatro fórmulas y ya eras químico. Ahora nos concentramos en áreas muy pequeñas; por ejemplo, yo estudio y trato de conocer una parte pequeñísima del cerebro, pero desconozco el resto. El valor de los científicos actuales no es saber mucho, sino descubrir cosas y para eso tienes que conocer muy a fondo lo que haces. Cualquier estructura cerebral tiene una gran cantidad de información, es muy compleja, por lo que la única manera de avanzar es especializándonos. De esta manera, entre todos los científicos formamos un gran cerebro colectivo,

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