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La investigación en neurociencias transforma vidas

Publicado el 22/07/2021

El arte, descubrir los secretos mejor guardados del universo, producir una vacuna en tiempo récord: todos ellos tienen origen en la capacidad de nuestro cerebro. Sin embargo, este órgano tan complejo, configurado por 100.000 millones de neuronas y por un número incluso superior de células gliales, es también el origen de una gran diversidad de trastornos y enfermedades.

Según estimaciones de la OMS, una de cada cuatro personas sufrirá un trastorno mental o neurológico a lo largo de su vida. En muchos casos, las personas con una determinada afección se cuentan por millones: 6 millones de muertes cada año por accidentes cerebrovasculares, 50 millones de personas sufren epilepsia y otros 50 millones, alzhéimer u otros tipos de demencia. En otros casos se cuentan incluso por centenares o miles de millones: 264 millones de personas sufren depresión y unos 1.000 millones padecen migraña.

En CaixaResearch de la Fundación ”la Caixa”, llevamos más de una década apoyando la investigación en neurociencias para buscar soluciones concretas a todas estas afecciones. Son ya casi 200 proyectos y más de 400 investigadores con los que hemos trabajado en España y Portugal.  

En el Día Mundial del Cerebro hablamos de investigación e innovación en neurociencias con tres investigadores de la Red CaixaResearch, para poner el foco en este órgano que con sólo 1,5 kg de peso consume entre el 20 y el 25 % de la energía que usa nuestro cuerpo. Cada día lo conocemos mejor y este conocimiento tiene el poder de transformar la vida de muchas personas. 

 

De percepciones y de enfermedades

¿Hemos logrado dar sentido a estas 100.000 millones de neuronas, a sus casi infinitas conexiones y al tejido glial que las sostiene? La respuesta a una pregunta de tal calado parece ser, en el fondo, muy simple para los investigadores CaixaResearch Leopoldo Petreanu, Adrià Tauste y Manel Vila-Vidal. 


Adrià Tauste y Manel Vila-Vidal y Leopoldo Petreanu

 

“No”, responde Petreanu, quien dirige un laboratorio especializado en el estudio de las bases neurológicas de la percepción en la Fundación Champalimaud, en Lisboa. “Hemos aprendido mucho, pero todavía no tenemos una idea unificada de cómo funciona”. 

A esta falta de teoría única, que dé sentido a todos los datos que hemos tomado, a todas las experiencias que hemos documentado, apelan también Tauste y Vila-Vidal, del Centro de Cognición y Cerebro de la Universidad Pompeu Fabra, en Barcelona. 

Lo cierto es que en las últimas décadas, hemos visualizado numerosos mecanismos neuronales y los efectos de muchas enfermedades. Pero seguimos sin entender las bases. “Tenemos soluciones clínicas o farmacológicas a enfermedades que no entendemos cómo funcionan. Pero entendemos cómo funciona una neurona y usamos algoritmos matemáticos y físicos para conectar registros de diferentes puntos del cerebro. ¿Qué nos falta? Que todas estas piezas encajen”, explica Vila-Vidal.

Para lograrlo, los investigadores cuentan con dos herramientas principales. La primera, la observación del comportamiento: ¿qué le sucede al paciente durante una crisis epiléptica o a medida que una enfermedad como el alzhéimer evoluciona? La segunda, los datos tomados directamente de cerebros humanos o de modelos animales. “Las nuevas tecnologías nos permiten ver qué áreas están más activas, incluso cómo se comunican en cada momento”, comenta Petreanu.

En modelos animales, explica Tauste, hemos trazado una primera línea desde el estímulo sensorial a la toma de decisiones simples basada en la percepción de este estímulo. El eslabón perdido a menudo está precisamente en conectar las observaciones biofísicas con las funciones más complejas del cerebro. Porque, al fin y al cabo, tenemos un cerebro para poder movernos, para interactuar con los otros, para pensar, exclama Petreanu. 

Efectivamente, añade Vila-Vidal, “para completar esta imagen, necesariamente debemos abordar la subjetividad de los individuos, cómo expresan su experiencia de los efectos de la enfermedad”. 

 

Cuando la percepción falla


Mesa óptica con láseres usados para observar el diálogo entre zonas cerebrales. Imagen cortesía de Leopoldo Petreanu.

 

En Lisboa, Petreanu estudia cómo emerge la percepción: cómo nuestro cerebro combina los estímulos sensoriales con lo que ya sabemos, con lo que esperamos que suceda. Y así construye su mejor conjetura sobre qué está sucediendo o va a suceder.

“La pregunta es, precisamente, cómo se forma esta conjetura a partir de una masa de neuronas”, dice Petreanu. En su caso, estudia si el conocimiento sobre el mundo se guarda de una forma específica en nuestro cerebro. “Concretamente, estudiamos cómo la percepción visual se procesa en el neocórtex, la capa externa del cerebro, la más reciente evolutivamente hablando y dónde residen nuestras habilidades más avanzadas”. 

Su equipo descubrió hace unos años que las conexiones entre áreas visuales está organizada siguiendo unos patrones precisos. Ahora, en un proyecto de CaixaResearch, su hipótesis de trabajo es que estas conexiones entre diferentes partes del cerebro reflejan la conjetura más probable del origen de los estímulos visuales: “creemos que el cerebro compara los nuevos estímulos visuales con nuestra experiencia, con el conocimiento almacenado. Y así infiere que sucede o aprende algo nuevo”, explica. 

Hasta el momento, han podido observar que el diálogo entre zonas cerebrales, y los cambios tras nuevas observaciones, siguen patrones reproducibles entre diferentes modelos de ratón. Y aunque todavía queda mucho para llegar a aplicaciones concretas, ya empiezan a vislumbrarlas en trastornos neuronales como el autismo o en enfermedades como la esquizofrenia, cuyos mecanismos de aprendizaje y percepción fallan. 

El cerebro puede, por ejemplo, confundir estímulos internos como si fueran externos, por lo que su percepción puede resultar totalmente alterada. Los investigadores creen que de la misma forma que han visto estos patrones en el córtex visual, deben existir otros, tal vez similares, en otras zonas del cerebro. Si logramos entender las diferencias en estos patrones en pacientes con trastornos cerebrales, podremos explorar nuevos y mejores tratamientos más personalizados.

 

BrainFocus, más allá del foco epiléptico


Visualización de los registros intracraneales de pacientes con epilespia. Imagen cortesía de Manel Vila-Vidal.

 

Los datos del cerebro que manejan habitualmente Tauste y Vila-Vidal son muy singulares. Por motivos éticos y de riesgos de salud, son pocas las veces que podemos obtener registros intracraneales de pacientes humanos. Sin embargo, en el estudio de pacientes con resistencia a los tratamientos contra la epilepsia (uno de cada tres, 120.000 casos en España), estas medidas son clave para poder dar una solución a las crisis epilépticas recurrentes y a menudo muy incapacitantes, porque la red de neuronas afectadas, la llamada red epileptogénica, puede ser cada vez mayor.

“En estos casos, el tratamiento más eficaz actualmente es la cirugía, es decir, extirpar o cauterizar las zonas del cerebro dónde se originan las crisis. Para eso, se implantan electrodos profundos en diferentes regiones del cerebro y se monitorea a un paciente durante periodos de dos semanas,” explica Vila-Vidal. El objetivo final es encontrar el foco epiléptico y su red neuronal asociada para planificar una cirugía exitosa.

Hasta hace poco, esta identificación se hacía por inspección visual de los datos. “Cuando empezamos a colaborar con equipos médicos que tratan a estos pacientes, en seguida nos dimos cuenta de que con las técnicas computacionales con las que trabajamos, tal vez podríamos identificar estas zonas cerebrales de forma más rápida y precisa,” comenta Tauste. Y en esto trabajan gracias a un proyecto de innovación CaixaResearch llamado BrainFocus

Ya en las primeras fases de la colaboración, vieron que sí, analizando los datos tomados durante las crisis epilépticas podían identificar las regiones donde se iniciaban y propagaban las crisis epilépticas, resultado que fue recibido con interés por parte de los equipos médicos. Ahora trabajan en transferir este conocimiento y han construido un algoritmo automatizado que permite a los médicos usarlo de manera eficiente y autónoma en sus centros.

Los casos críticos de epilepsia farmacorresistente que son diagnosticados con electrodos profundos se cuentan por unos pocos centenares cada año en España, y miles a nivel europeo. Pero gracias a la larga monitorización de estos pacientes, no solo tenemos datos de la crisis, sino también del periodo pre-crisis, que nos permite estudiar qué le sucede al paciente antes de sufrir el ataque epiléptico, cuáles son los indicadores que nos avanzan que la crisis está cercana. Por eso, otro de sus objetivos a largo plazo es no solo identificar las áreas afectadas, sino poder predecir y tal vez prevenir futuras crisis. 

Además, con el apoyo de Fundación “la Caixa”, están explorando la posibilidad de expandir estos algoritmos para localizar las áreas epileptogénicas a partir de registros no invasivos. Con esto, las mejoras diagnósticas llegarían a muchos más pacientes farmacoresistentes, del orden de miles cada año en España. Aunque todavía por confirmar, los investigadores esperan que estas técnicas sean también útiles en estudios de otros tipos de epilepsias, y permitan mejorar tratamientos y abordajes farmacológicos para los 50 millones de personas que sufren epilepsia en el mundo.

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Categoría:

Investigación