Nuestro cerebro no es un órgano que permanezca inalterable en cuanto alcanzamos la edad adulta. Evoluciona a lo largo de nuestra vida. Y esta plasticidad abre perspectivas para quienes sufren trastornos provocados por algún traumatismo o una enfermedad degenerativa. ¿Nos encaminamos hacia una medicina regeneradora? Junto a ese cerebro reparado, ¿no hay también un cerebro aumentado, o bien dopado, que se perfila gracias a programas de adiestramiento cognitivo, a los psicoestimulantes, a las moléculas «inteligentes» y a otros implantes? Memoria fortalecida, visión nocturna perfecta, control a distancia de robots: ¿qué nos preparan las nuevas neurociencias? ¿Y si la inmortalidad no fuera simplemente un sueño?

Jean-Didier Vincent & Pierre-Marie Lledo

Un cerebro a medida

ePub r1.0

Titivillus 29.06.2023

Título original: Le cerveau sur mesure

Jean-Didier Vincent & Pierre-Marie Lledo, 2013

Traducción: Cristina Zelich

Editor digital: Titivillus

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A la memoria de mi padre, que inspiró el título de este libro.

A mi queridísima madre por su amor seguro. Te bastas tú sola para encarnar toda la injusticia de una enfermedad neurodegenerativa que, por desgracia, se ha vuelto muy frecuente.

P.-M. L.

A mis hijos y nietos, cuyo cerebro es portador de las esperanzas de mi genoma.

J.-D. V.

INTRODUCCIÓN

El ser humano y su cerebro, ¡menudo asunto!

Anónimo

Habría que decir ¡menuda maravilla! El cerebro de un ser humano solo le pertenece a él, sin embargo no es consciente de su presencia, del mismo modo que tampoco nota nada cuando lleva un traje cortado perfectamente a su medida. A veces la cabeza pesa y duele, pero, paradójicamente, el cerebro, órgano de todas las sensaciones, es en sí mismo insensible: una masa blanda que se ofrece sin dolor al bisturí del neurocirujano. Cortado según un patrón que es el mismo para toda la especie, expresa el ser propio de cada individuo, dicho con otras palabras, su alma, con toda la prudencia que corresponde al uso de una palabra cargada de metafísica.

Durante mucho tiempo, esa forma de 1500 gramos de materia blanda y grisácea se ha resistido al análisis de los observadores. El obispo Niels Stensen, también llamado Nicolás Steno[1] (1638-1686), canonizado por la Iglesia católica, fue un gran sabio, anatomista, geólogo y también teólogo, antes de dedicarse a la conversión de los luteranos. Denunciaba «la pretensión de esas personas [Descartes y compañía], presurosas por afirmar [y] ofrecer la historia del cerebro y la disposición de sus partes con la misma seguridad que les otorgaría haber presenciado la composición de esta máquina maravillosa y haber penetrado en todos los designios de su gran arquitecto[2]». Actualmente, después de tres siglos de anatomía y sesenta años de neurociencias modernas[3], se han desvelado muchas cosas sobre la forma del cerebro y las funciones que dependen de él. Son producto de una historia y, gracias a Darwin y a su teoría de la evolución de las especies, ya no es necesario recurrir a los designios de un gran arquitecto. Sin embargo, los aficionados al misterio pueden estar tranquilos, a pesar de los esfuerzos constantes de los investigadores, todavía no ha llegado la hora de comprender dónde se esconden todos los secretos del alma humana; con grave perjuicio para los constructores de máquinas destinadas a leer los misterios del pensamiento, que podrían acabar siendo máquinas para descerebrar[4].

La historia del cerebro humano se confunde con la odisea de nuestra especie, aparecida hace aproximadamente doscientos mil años y portadora de un cerebro moderno que, desde entonces, no ha evolucionado. ¿Quiénes eran esos seres humanos que aparecieron a principios de la era cuaternaria? Tanto si son machos como hembras, tienen la piel desnuda y mucho cabello. «Él» ha aprendido rápidamente a proteger su pene de las miradas de los demás y de los daños que le pueden acarrear los caminos espinosos. «Ella» muestra sin tapujos sus senos pendulares y sus nalgas carnosas, blasones de su feminidad. No sienten vergüenza ni pudor; la ropa llegará más tarde junto con la moral y la ley. Conocen todas las emociones, pero ante todo están dotados de compasión, carácter fruto de la selección natural, fundamento sobre el cual se ha desarrollado la especie. Estos seres, de caninos cortos y desprovistos de garras, jamás hubieran podido sobrevivir sin ayudarse entre sí y sin la capacidad para penetrar en el alma del prójimo y leer en ella intenciones o sentimientos personales. Sus pasos siguen el ritmo de sus pensamientos, que a su vez circulan libremente de un cerebro a otro. Sus ojos iluminan el día y ahuyentan de él la soledad. Por la noche se quedan dormidos bajo el peso de las estrellas, vagamente alejadas gracias a las llamas de la hoguera.

Lo que sabe cualquier jardinero también es cierto para el hombre: es un producto de la tierra. Por lo tanto, es natural que su destino esté ligado al del suelo que le permitió nacer. Han pasado seis o siete millones de años, África oriental padeció una sequía que supuso la desaparición del bosque húmedo, sustituido por una sabana arbórea. No apta para los desplazamientos de rama en rama, favoreció la aparición de la bipedestación entre los grandes monos y su locomoción terrestre[5]. Fueron la vanguardia de la humanidad con un cerebro que pesaba menos de 400 gramos. La famosa Lucy es el florón de estos australopitecos que poblaban la Tierra a finales de la era terciaria. Les siguieron los Homo. Mientras que el género Homo habilis se limitó a África, otro Homo, el erectus, colonizó Europa hace millones de años.

Al principio de esta prehistoria, solo existía un puñado de individuos pertenecientes a un extraño género. Se mantenían de pie, con la cabeza recta sobre los hombros. Avanzaban sin reparar en obstáculos; sus ojos llenos de asombro observaban el mundo[6]. Estaban distribuidos[7] en un territorio que corresponde al sur de lo que hoy es Etiopía, en torno al valle bajo del Omo, cerca del lago Turkana[8]. Estos Homo habilis dominaban técnicas muy eficaces para la talla de piedras, cantos rodados y sílex con los que fabricaban objetos cortantes e instrumentos. Dos millones de años antes de nuestra era, estos peregrinos del mundo llevaron a cabo la lenta conquista de la superficie terrestre. Aquel artesano hábil todavía no era un intelectual consumado: para ello su cerebro tendrá que duplicar su tamaño[9]. La prioridad para él en ese momento era saber utilizar su cabeza. Para hacer frente a los cambios climáticos y poder alimentarse más allá de sus tierras natales, el género Homo eligió la disuasión intelectual desarrollando su encéfalo y adoptó un régimen de amplio espectro alimentario, incluida la carne. El hecho omnívoro y su oportunismo se impusieron en plano de igualdad con el hecho intelectual. Además, ambos están relacionados. La adaptación al hecho carnívoro provocó que los caninos del Homo se acortaran, siendo sustituidos progresivamente por instrumentos y una tolerancia acrecentada hacia aquellos congéneres que preferían ocupar su tiempo perfeccionando sus modos de caza y a compartir los alimentos en lugar de morderse los unos a los otros.

Con un cerebro con peso medio de 900 gramos, el Homo erectus inventó la sociedad, es decir el reparto del trabajo, la domesticación del fuego, la cocción de los alimentos y las tecnologías de la arcilla. Todavía la Tierra y su clima seguían mandando sobre las modificaciones de la especie humana. Nueve eras glaciales tienen lugar entre −900 000 y −15 000 años; señales todavía visibles actualmente de las oscilaciones climáticas lentas que perturbaron la superficie del globo[10].

Al llegar a Europa, hace más de un millón de años, los primeros seres humanos, incluido el famoso cromañón, se vieron sorprendidos por las glaciaciones. Los periodos glaciares habían modificado profundamente los paisajes, el contorno de las tierras y el nivel de los mares; un puente continental de más de mil kilómetros unía Alaska y Siberia.

La arqueología paleolítica ha desvelado alguno de estos lejanos misterios que jalonaban esos periodos tan fecundos en acontecimientos capitales que han marcado el destino del hombre moderno. Los paleoantropólogos nos dicen que tenemos cuatro ancestros comunes pertenecientes a la rama de los homínidos[11]. Esta clasificación ha podido llevarse a cabo gracias a la aparición de la genética antropológica. De este modo se distingue fácilmente al neandertal del Homo sapiens por sus respectivos genes, pero ¿realmente representan dos especies diferentes[12]? Ahí queda planteada la pregunta ya que algunas poblaciones de sapiens poseen hasta un 2 % de genes neandertales, entre otros el pueblo francés. Esta contribución neandertal al genoma del hombre moderno, muy discreta, pero incontestable, muestra que fue posible la fecundidad entre neandertal y Homo sapiens[13]. ¿Acaso nos convertimos en Homo neandersapiens?

El Homo floresiensis fue descubierto en septiembre de 2003 en una caverna de la isla de Flores, en Java (Indonesia). Vino a complicar la saga. Los restos de este Homo tienen una antigüedad de entre 12 000 y 95 000 años; estaba dotado de un cerebro pequeño (380 cm³) y su capacidad craneal estaba más próxima a la de un chimpancé que a la del sapiens. Sin embargo este esbozo de Homo era ya capaz de fabricar utensilios tan complejos como los de su primo sapiens. Así pues, el misterio está por desentrañar.

Finalmente, los restos de una niña que vivió hace más de 50 000 años fueron descubiertos en el yacimiento arqueológico de Denisova, al sur de Siberia occidental[14]. ¿Nueva especie de homínido o subespecie de neandertal? Las especulaciones sobre la existencia de estos denisovanos se han disparado. Hay quien sugiere que esta es la prueba de la existencia de un neandertal asiático diferenciado del género Homo. Otros, por el contrario, prefieren ver en ellos la prueba de una nueva especie que existió antes que los neandertales, una especie de anteneandertal. De nuevo los análisis genéticos aportan su dosis de sorpresas. Al parecer los denisovanos se cruzaron con los Homo sapiens ya que los análisis genéticos realizados a los sapiens originarios de Melanesia y Nueva Guinea muestran la presencia de genes denisovanos. Hay que constatar que la evolución del hombre moderno no se ha hecho a partir de un único esbozo, sino más bien tras varios intentos a ciegas, de los que solo uno dio paso al Homo sapiens, sin que ningún plan anterior hubiera anticipado el resultado.

De esta evolución compleja de la especie humana, nos limitaremos esquemáticamente a dos especies (¿o variedades?): Homo sapiens, el ser humano actual, y Homo neanderthalensis, el hombre primitivo. De hecho, estos últimos tienen un look especial: extremidades inferiores cortas y, en cambio, una cabeza voluminosa con la parte posterior estirada; ojos saltones y pómulos desdibujados; la frente, relativamente baja, termina con un abultamiento óseo encima de las órbitas oculares; su complexión imponente, ancha y musculosa es prueba de su fuerza. Durante mucho tiempo, sus rasgos han hecho que se les acusara de bestialidad, sin embargo, sus tumbas y las reliquias que contienen dejan entrever por el contrario que estaban dotados de una espiritualidad viva. Su cerebro de 1600 gramos, por lo tanto de tamaño superior al del sapiens, sugiere capacidades intelectuales desarrolladas, de las que dan prueba sus tecnologías del utillaje y la presencia de objetos manufacturados, joyas, recipientes, etc. Los neandertales desaparecieron sin que se sepa realmente los motivos de esta extinción. Para el cerebro humano, los tiempos modernos han empezado y el hombre tuvo que apañarse con este órgano localizado en su cráneo que le ha legado la evolución: el nuestro. Así pues, hace 35 000 años, el Homo sapiens se hizo definitivamente con el mundo haciendo que desaparecieran todos los demás grupos de homínidos, incluido el neandertal.

Si bien el cerebro de una persona adulta posee una medida media universal, que varía según los individuos y el sexo, señalaremos, a pesar de la reiteración de polémicas de orden ideológico, que no existe correlación significativa alguna entre la medida, el origen étnico y las facultades intelectuales de los individuos. En cambio, esta maravilla de complejidad —varios miles de millones de células— no es en absoluto inmutable ni fija, como los compuestos de un ordenador. Si hablamos de ordenador, este está hecho de carne viva, materia cambiante construida para el cambio que solo existe por el cambio. Esto significa que encarna un devenir. Confiere la facultad de realizar mañana operaciones que somos incapaces de llevar a cabo hoy o de hacer cosas hoy que éramos incapaces de efectuar ayer mismo. Todas nuestras aptitudes particulares, manuales e intelectuales, que hacen de cada uno de nosotros un especialista, un experto único, se forman en gran parte durante las fases primeras del desarrollo cerebral del niño y del adolescente.

Recordemos que el crecimiento del cerebro del ser humano moderno presenta dos características importantes que no se dan en los demás mamíferos, en particular en los demás primates. La primera singularidad tiene que ver con el crecimiento del cerebro, que requiere varias décadas para completarse. Este crecimiento lento del cerebro de la cría humana ofrece la posibilidad de un periodo educativo largo en el que la instrucción ocupa un lugar central. La segunda característica está ilustrada por el retraso del cerebro del recién nacido para desarrollarse (al nacer, apenas alcanza el 25 % de su tamaño adulto[15]). Así pues, el ser humano nace en el seno de una paradoja doble[16], con un cerebro muy inmaduro en el momento del nacimiento que no tiene prisa por recuperar el retraso. Esta propiedad se denomina altricialidad secundaria[17]. Durante esta larga etapa de crecimiento, el niño recibe señales del mundo exterior, interactúa con su grupo social y puede adquirir una posibilidad funcional nueva: el lenguaje articulado. Los primates no humanos se desarrollan siguiendo modalidades muy distintas. En los chimpancés, por ejemplo, el volumen de su cerebro al nacer equivale ya a más del 50 % del volumen del cerebro del adulto y su crecimiento se termina muy rápidamente hacia los dos años de vida.

La huella que el entorno deja sobre los circuitos nerviosos permite que cada uno de nosotros adquiera sus rasgos únicos. Esto es la herencia evolutiva, es decir, la posibilidad de que el sistema nervioso vaya tomando forma gracias al doble juego de la experiencia y del entorno. Esta es la tesis central de nuestro trabajo que será desarrollada con detalle y documentada en el capítulo 3.

La historia de las especies parece ser capital para comprender cómo funciona nuestro cerebro. Tenemos derecho a preguntarnos cuándo apareció con la forma que hoy conocemos. El sistema nervioso es parte de la aparición del reino animal. Veremos en el capítulo 1 que los primeros vertebrados, impelidos por el hambre, perfeccionaron la acción predadora gracias a la adopción de una «cabeza nueva». La cabeza emergió hacia la parte anterior del cuerpo para permitirles moverse eficazmente y agarrar las presas. En virtud de este principio, fue la locomoción, y no la sensorialidad, la lógica constitutiva de la emergencia del sistema nervioso que se convirtió en «central» en los vertebrados. Por lo tanto fue la necesidad de moverse para alimentarse la que impelió el nacimiento de la cabeza y su cerebro. El bucle percepción-acción que une eficazmente los captores sensoriales a los músculos es la función vital sobre la cual la evolución ha ejercido su presión para que apareciera nuestro cerebro.

En resumen, para construir un cerebro humano, la evolución de las especies ha necesitado casi mil quinientos millones de años. Durante tres cuartas partes de este periodo, la elaboración de un esbozo del sistema nervioso permitió a los animales adquirir un grado mayor de autonomía sensorial y motriz. Hasta el jurásico[18], los animales solo podían moverse para cazar una presa o para luchar contra un predador. Tuvo que pasar mucho tiempo para que aparecieran funciones cognitivas como el lenguaje o el pensamiento simbólico para sellar el inmenso salto cualitativo que permitió la emergencia del cerebro del ser humano moderno con sus capacidades únicas de abstracción. Sin embargo, estas nuevas facultades mentales requieren un sistema nervioso maleable, flexible, que ya no esté precableado. Por supuesto, las adquisiciones de nuestras aptitudes manuales e intelectuales dependen de una maquinaria cerebral perfectamente ordenada y jerarquizada. Sin embargo, es necesario que, al mismo tiempo, esta organización pueda, en parte, ser adaptada y reconfigurada en cualquier momento y a cualquier edad.

Esta plasticidad[19] cerebral, presente de forma clara e incontestable en la infancia, no desaparece en la edad adulta. Recordemos que existen dos grandes periodos en la historia de la adaptabilidad del cerebro. El primero, denominado periodo crítico, se corresponde con la existencia de una ventana temporal durante la cual el cableado nervioso se constituye para que el cerebro adquiera las piezas indispensables para su funcionamiento y después para la adquisición de su forma final. En ese momento, la experiencia sensorial es crucial. Al demostrar que la corteza visual se desarrolla muy pronto y en íntima relación con la experiencia visual del recién nacido, los dos premios Nobel, David Hubel y Torsten Wiesen, aportaron las primeras pruebas neurobiológicas de la existencia de un periodo crítico[20], si bien etólogos como Konrad Lorenz y Nikolaas Tinbergen ya lo habían dejado entender en la década de 1930.

Durante este periodo concreto del desarrollo cerebral, cuya duración varía según la función de la que se trate (la visión, la marcha, el lenguaje, las matemáticas, la audición, etc.), el cerebro es la sede de cambios intensos que orientan la edificación de esta inmensa construcción. Durante un periodo precoz, el cerebro es pasivo; sus circuitos nerviosos esperan ser «alimentados» por estímulos sensoriales o motores que su entorno le proporcionará en un contexto afectivo muy particular. En resumen, este atraso en la construcción que se da en el embrión humano permite al cerebro del niño seguir siendo muy vulnerable a las condiciones del mundo exterior en el que crece. La película de François Truffaut El pequeño salvaje, inspirada en la historia de Victor de l’Aveyron, da cuenta de los daños causados cuando esta experiencia tan esperada no se cumple. Sacada del libro Memoria e informe sobre Victor de l’Aveyron, de Jean Itard, esta película narra la captura de un niño sordomudo que caminaba a cuatro patas por los bosques de Aveyron. Capturado por la gente del pueblo, el joven «salvaje» fue llevado al Instituto de Sordomudos de París donde se convirtió en objeto de la curiosidad de numerosos visitantes. El gran neurólogo de aquella época, el profesor Pinel, al considerar a Victor un idiota irrecuperable, intentó incluso que lo encerraran en el asilo de enfermos mentales de Bicêtre. Fue Itard, médico del Instituto de Sordomudos, quien lo salvó del aislamiento. Convenció a Pinel de que le concedieran la tutela de aquel niño ya que pensaba que podía recibir una educación. Por desgracia para él, Victor jamás consiguió hablar, aunque desarrolló facultades mentales dignas de mención. Esta historia real ilustra hasta qué punto el cerebro humano, muy poco acabado en el momento del nacimiento, sigue siendo vulnerable a los estímulos del entorno. En otras palabras, el cerebro neoténico[21] del niño es muy receptivo a la inscripción del mundo en sus propios circuitos y esto es así incluso décadas después del nacimiento, siempre y cuando se sepa cómo estimularlos.

Al completar su maduración, el cerebro del joven adulto se vuelve cada vez más insensible a las lecciones fruto de la experiencia. El aprendizaje de cosas nuevas no es imposible, por supuesto, pero resulta más difícil. Sin embargo, ciertas conexiones seguirán siendo suficientemente maleables para que las reglas de aprendizaje dejen en ellas su huella durante toda la vida. Este segundo periodo, denominado neuroplasticidad[22] adulta, se caracteriza por el perfeccionamiento de la maquinaria cerebral cuando esta ya ha adquirido un amplio repertorio de facultades sensoriales y motrices. El cerebro posjuvenil no es una pizarra virgen sobre la cual pueden imprimirse los aprendizajes más variados. Este periodo se inicia al final de la infancia y termina con el fallecimiento del individuo. Durante esta segunda fase, el cerebro ya no es pasivo. Utiliza estrategias para descifrar el significado de las entradas sensoriales y motrices que estimulan sus propios circuitos. En resumen, intenta dar un sentido a la experiencia vivida. Los procesos de atención, es decir la apertura de todos nuestros sentidos a la realidad externa o interna, son consecuencia de los procesos de aprendizaje. El cerebro realiza esta operación gracias a su facultad de poner en marcha la atención que le permitirá evaluar si el fin perseguido con un determinado comportamiento se ha conseguido, o si el individuo se ve recompensado por las consecuencias de su comportamiento, comportamiento que había sido planificado. Por lo tanto, es en este contexto de atención y motivación en el que los circuitos nerviosos del cerebro adulto pueden reconfigurarse para maximizar las probabilidades de que una situación benéfica para el individuo pueda reproducirse repetidamente.

Sin duda alguna, la rica diversidad de personalidades, aptitudes y comportamientos humanos descansa en gran parte en la singularidad del cableado cerebral de cada individuo. Las diferencias neurobiológicas que existen entre los seres humanos provienen de los caracteres heredados, pero también del aprendizaje y de la influencia del medio. Veremos que las primeras etapas de la construcción de los circuitos cerebrales están en gran medida bajo la dependencia de los procesos celulares y moleculares programados genéticamente. En cambio, cuando se han dispuesto las grandes líneas del cableado cerebral, la actividad nerviosa contribuye gradualmente a que aumente su precisión, añadiendo o eliminando de forma selectiva algunas conexiones del cerebro en desarrollo. Las interacciones entre el mundo exterior y las actividades nerviosas ofrecen un mecanismo por el cual el entorno puede influir en la forma y funciones del cerebro para producir un individuo único, libre, capaz de respuestas adaptadas, pero también imprevisibles.

El estudio de la evolución del cerebro del ser humano moderno nos muestra también que los seres vivos han evolucionado y siguen evolucionando en el sentido de un crecimiento y una diversificación de los intercambios de información con su entorno físico o biológico. El organismo se convierte en una representación cada vez más completa y precisa de su entorno. Esta adaptación vital del sujeto a su medio atañe en primer lugar al sistema nervioso, ya que es el único que permite integrar y gestionar las informaciones que llegan del mundo exterior. En otras palabras, comprender la génesis de un individuo, considerada como el resultado de procesos cognitivos (percepción, lenguaje, memoria, conciencia, etc.), supone intentar aprehender cómo su historia se inscribe en su sistema nervioso para producir un sujeto único. Volveremos sobre el tema de cómo la experiencia da forma a los circuitos nerviosos y, a su vez, cómo estos cambios modifican las facultades mentales. En el capítulo 2, describiremos de qué manera se esbozan los circuitos neuronales en el embrión a partir de migraciones celulares sabiamente coreografiadas. La capacidad que tienen estos procesos de desarrollo para organizarse (es decir, autoorganizarse) bajo la doble influencia de los genes y del entorno, es un hecho rarísimo en biología.

Desde la década de 1980, el desarrollo de instrumentos tomados en préstamo de la genética molecular ha ofrecido gran cantidad de pruebas relativas al poder determinante de los genes sobre el desarrollo y el funcionamiento normal del cerebro. Actualmente es posible identificar, activar o eliminar hasta la saciedad la acción de un gen para comprender su influencia sobre el funcionamiento cerebral. Sin embargo, si bien resulta innegable que los genes siguen siendo determinantes en la construcción y el funcionamiento del cerebro, no es menos cierto que la actividad y la experiencia del sujeto, y, por lo tanto, su aprendizaje, tienen el poder de reconfigurar la conectividad particular del cerebro para modificar profundamente ciertos comportamientos.

Según este punto de vista, el cerebro es, por lo tanto, el producto de una doble acción ejercida por la actividad de nuestros genes y las modificaciones permanentes que la historia del sujeto le impone. Los primeros son los que determinan el patrón general y velan su precableado. La neuroplasticidad adulta, al permitir ajustar la organización precisa del cerebro según las experiencias vividas, es la garantía de nuestra capacidad de adaptación así como de nuestra individuación y libertad.

Un principio fundamental en el ámbito de las neurociencias, y sobre el que volveremos a menudo, se basa en el enunciado dictado antaño por Descartes (al hablar de «tubos» en lugar de neuronas) según el cual el «aprendizaje lento» se fundamentaría en la selección y el refuerzo de las conexiones cerebrales efectuadas primero al azar —la tabula rasa— entre neuronas. Este concepto fue retomado a principios del siglo XX por algunos psicólogos como Henri Piéron, que, en 1923, sugirió que «la memoria no es más que el refuerzo, la facilitación del paso de la transmisión nerviosa por ciertas vías». Aunque este principio no permita dar cuenta del funcionamiento de la memoria, en cambio sí que arroja luz sobre los procesos responsables del aprendizaje. Unos años después, Donald Hebb vio la posibilidad de comprender algunos de nuestros comportamientos a partir de ese mismo principio[23]. Su postulado, siempre de actualidad entre los neurobiólogos, se apoya en dos leyes fundamentales: i) todo percepto se representa físicamente en el cerebro por la entrada en actividad de un conjunto de neuronas que denominamos asamblea celular; ii) dos neuronas que se activan simultáneamente acabarán «asociándose» de tal modo que la entrada en actividad de una de ellas facilitará obligatoriamente la de la otra (es el principio de Hebb). Según este postulado, la memoria se formaría en el seno de las conjunciones funcionales entre las neuronas, es decir a nivel del elemento lógico primario constituido por la sinapsis[24]. Actualmente, los modelos teóricos relativos a la actividad cerebral retoman, formalizándolas, las propuestas de estos tres psicólogos: William James (hermano del escritor), Henri Piéron y Donald Hebb. Los científicos contemporáneos piensan que la evolución de las conexiones nerviosas, con la edad y la experiencia, se someten a las mismas reglas que contribuyen a la diversidad de los seres vivos. Las dos fuerzas principales de la evolución, por un lado, la variación y, por el otro, la selección, estarían también presentes en el desarrollo y funcionamiento del sistema nervioso.

Este concepto fundamental en las neurociencias, especie de darwinismo neuronal, tal como lo califica Gerald Edelman, postula que existe al inicio, en el cerebro joven, una gran cantidad de conexiones, ya que una misma neurona tiene contactos sinápticos con miles de otras neuronas. Después, con la edad y la experiencia del individuo, solo las conexiones funcionales se estabilizan mientras que otras degeneran[25]. En resumen, de entre todos los posibles caminos neuronales entre dos circuitos nerviosos, se selecciona el más eficaz y después se consolida en vista de una reutilización posterior. Este proceso, que el neurobiólogo Jean-Pierre Changeux califica de epigénesis por estabilización selectiva de neuronas y sinapsis, conoce su apogeo durante la primera infancia. A partir de la decimoctava semana del embarazo, la mayoría de las decenas de miles de millones de neuronas, de las que un porcentaje importante tendrá que morir, se constituye y encuentra su destino final. Bajo la influencia de las experiencias vividas por el feto en el útero y durante sus primeros años de vida, se eliminan numerosos contactos entre células nerviosas, redundantes o inútiles, mientras que otros persisten.

Al margen de estas modificaciones sinápticas, existe también una reorganización morfológica de las redes neuronales basada en la producción de nuevas neuronas en determinadas regiones del cerebro adulto. Estas modificaciones morfológicas y funcionales ilustran la diversidad de los mecanismos que hacen que el cerebro sea apto para adquirir nuevas informaciones a cualquier edad.

La época del cerebro rígido, cuando los manuales de neurociencias mencionaban tímidamente las modificaciones del cerebro adulto, ha quedado definitivamente atrás. A finales de la década de 1970 y a principios de la de 1980, se dieron las primeras pruebas experimentales de la plasticidad sensorial y motriz del cerebro adulto. En ese momento, varios grupos exploraron las consecuencias de una interrupción de las entradas sensoriales en el funcionamiento cerebral. Michael Merzenich y Jon Kaas han utilizado las variaciones que se dan en los mapas corticales como prueba de una facultad de adaptación del sistema nervioso. En caso de privación sensorial en un determinado territorio, estos investigadores demuestran que la región cortical afectada, privada de sus entradas sensoriales, busca entradas habitualmente presentes en las estructuras adyacentes. Desde entonces, las neurociencias modernas han convertido el cerebro plástico en uno de los paradigmas centrales del cerebro humano. El cerebro se comprende en cuanto que objeto capaz de modificar la organización de sus propios circuitos nerviosos en función de las experiencias vividas por el sujeto. Esta aptitud, que puede resultar muy sorprendente, se verá con detalle en el capítulo 3. Entre otras cosas, permite que el cerebro adulto pueda suplir sus insuficiencias dentro de ciertos límites, siempre y cuando se encuentren los medios para estimular este potencial latente. Por lo tanto, es precisamente la noción de periodo crítico la que se ve afectada actualmente debido al descubrimiento de la plasticidad cerebral en el adulto. Si bien nuestros circuitos nerviosos se abren de forma progresiva hacia el mundo exterior en el momento del nacimiento o justo un poco antes, nunca perderán por completo esta facultad, por más que le pese a Jean Piaget[26].

Aunque en la actualidad no podamos explicar realmente la plasticidad neuronal del cerebro adulto, la podemos constatar y medir. De forma progresiva se adueña del campo de los teóricos y de la clínica humana. Vemos surgir una farmacopea nueva dirigida al tratamiento de determinada enfermedad neurológica o determinado trastorno psiquiátrico, apuntando precisamente a los mecanismos subyacentes de la plasticidad del cerebro adulto. Un antidepresivo como la fluoxetina (Prozac y sus genéricos) administrado precozmente tras un accidente vascular cerebral (AVC) puede mejorar la recuperación funcional[27]. Otro ejemplo lo ilustra el descubrimiento reciente llevado a cabo por los investigadores del MIT, que muestra que la ingesta de un suplemento de magnesio aumenta las capacidades del cerebro adulto para crear nuevas conexiones y así mejorar el rendimiento durante las tareas de aprendizaje y memoria[28]. Información que sin duda seducirá a todos los aficionados al chocolate[29].

Esta facultad de los circuitos de adaptarse hace que el cerebro sea «informable[30]», ya que reacciona sin cesar a las informaciones sensoriales y motrices recibidas. También hace que sea «deformable», ya que esas mismas sensaciones contribuyen a la reconfiguración de sus propios circuitos, establecidos con anterioridad. Uno de los ejemplos extremos de plasticidad cerebral tiene que ver con la producción continua de nuevas neuronas en un cerebro sano, allí donde haya sufrido daños irremediables ocasionados por un traumatismo. Numerosas pruebas experimentales intentan actualmente controlar mejor esta plasticidad extrema para permitir una recuperación funcional, total o parcial, de las personas afectadas por trastornos neurológicos. En el capítulo 3, repasaremos el estado actual de los conocimientos en este ámbito en el que las certezas de hoy son las preguntas del día siguiente.

¿En qué punto están actualmente las promesas y otras noticias de gran repercusión lanzadas por los investigadores en busca de subvenciones? ¿Podemos realmente plantearnos recuperar el habla después de un AVC? ¿Qué esperanza aportan las células madre en materia de estrategias terapéuticas innovadoras? Finalmente, ¿qué futuro nos reservan los avances de la medicina regeneradora? El conjunto de estas cuestiones será abordado en el capítulo 4, evitando suscitar esperanzas excesivas ya que el camino por recorrer es todavía largo e incierto.

Para comprender la naturaleza de los procesos que intervienen en la reconfiguración de las redes neuronales del cerebro adulto, es necesario en primer lugar precisar en qué forma las distintas piezas del rompecabezas se articulan entre sí. En el capítulo 2 hablaremos en detalle de las grandes líneas de la arquitectura cerebral. Según una visión evolutiva, el funcionamiento del cerebro humano dependería de dos módulos, un conjunto subcortical que permite un tratamiento rápido, pero inconsciente, mientras que el segundo módulo, el córtex, trata de forma consciente, pero más lenta, las informaciones del medio interno o que llegan del entorno. Esta visión binaria enunciada antaño por el neurólogo inglés John Hughlings Jackson (18 351 911) se basa en la integración jerarquizada de los niveles de organización de los centros nerviosos. Recordemos que los trabajos de Jackson intentaban dar bases fisiopatológicas a la comprensión de los trastornos neurológicos y psiquiátricos. Según los criterios anatómico-funcionales de la época, Jackson pensaba que existía una jerarquía de las funciones psíquicas; los estados patológicos se traducían en un movimiento de pérdida de las funciones existentes. Esta desestructuración liberaba instancias activas subyacentes. Esta concepción formulada en el contexto de los trastornos neuropsiquiátricos traduce una visión evolutiva.

Para comprender el núcleo de esta teoría, repasaremos el aspecto filogenético de las estructuras cerebrales del hombre en el capítulo 2. Veremos que el cerebro protorreptiliano, la región más antigua situada en el corazón del cerebro, corresponde al cuerpo estriado, los ganglios basales. Este conjunto de circuitos nerviosos, que compartimos con la serpiente y la tortuga, participa en las funciones autónomas y, por ello, controla todas las funciones vitales importantes para la supervivencia del sujeto. Gracias a dichos circuitos nerviosos, se puede dar de forma inconsciente la alternancia entre el estado de vigilia y el de sueño o la adaptación del ritmo respiratorio al subir una escalera sin que seamos conscientes de ello. Este es el territorio más profundo de nuestro cerebro. Lo cubre una segunda región denominada paleomamífera que comprende el sistema límbico que todos los mamíferos comparten entre sí. Esta región común a todos los mamíferos primitivos, especie de torre de control de nuestros afectos que organiza tanto nuestros comportamientos fundamentales como la expresión de nuestras emociones o de nuestras motivaciones, garantiza la gestión de los dos grandes pilares del templo del afecto: el placer y el sufrimiento. El sistema límbico está también a su vez formado por la reunión de tres entidades. La primera es la amígdala. Si este centro nervioso se descontrola, el ángel más afable se convertirá en un verdadero serial killer. La segunda subdivisión está representada por los núcleos del área septal (entre ellos el núcleo accumbens). Este territorio es responsable de la impulsividad y gestiona todas nuestras motivaciones. Una vez activadas, estas redes límbicas desencadenan la atracción, el apetito o la satisfacción. La tercera y última subdivisión del cerebro paleomamífero corresponde al córtex límbico del giro cingular (es el «gran lóbulo límbico» de Broca) y a sus conexiones con el tálamo. Esta estructura organiza muchos comportamientos sociales como, por ejemplo, aquellos que se expresan durante los cuidados parentales.

El cerebro límbico forma el rinencéfalo (del griego rinos que significa «nariz» y «encéfalo» que significa «cerebro») de los mamíferos macrosmáticos para los cuales el olfato es una función determinante para su supervivencia. En resumen, podemos afirmar que la aparición del cerebro paleomamífero permitió a los animales adquirir reacciones afectivas útiles tanto para la protección del individuo como para la supervivencia de la especie. Es el centro de las manifestaciones emocionales relacionadas con la motivación alimentaria (atracción y apetencia), de los instintos rápidos de conservación en caso de peligro que permiten decidir en milésimas de segundo si huir o luchar tras percibir un peligro, y, finalmente, de los instintos más fundamentales de nuestra sexualidad. Sin embargo, la variedad de funciones que dependen del sistema límbico no estaría completa si no citáramos también su participación en los procesos mnésicos; una función que aporta a los animales un grado de libertad suplementaria gracias a la experiencia adquirida anteriormente y recordada. La emergencia de esta memoria poderosa permitió la aparición de conductas adaptativas de un tipo nuevo que no permitía la simple gestión de los reflejos por parte del cerebro reptiliano. Esta posibilidad de conservar a largo plazo huellas mnésicas adquiridas en un contexto emocionalmente intenso, hace que cada uno de nosotros sea capaz de recordar exactamente lo que estaba haciendo en el momento de los ataques a las Torres Gemelas de Nueva York, el 11 de septiembre de 2001.

Ya lo hemos visto, el sistema límbico permite desencadenar un repertorio de reacciones, de pulsiones afectivas, de tensiones y motivaciones elementales que son necesarias para la vida y la supervivencia. Esta parte profunda del cerebro antiguo facilitará que se establezcan lazos comparativos y asociativos entre las múltiples informaciones que llegan a este territorio. A partir de esta función, sobre todo comparativa, podrán emerger las áreas asociativas corticales y el desarrollo correlativo de las capacidades cognitivas. A partir de entonces, las funciones de comparación y asociación permitirán una confrontación entre las situaciones exteriores al sujeto y el tratamiento interior de sus informaciones por las reacciones afectivas más elementales.

La tercera y última región, el neocórtex, recubre el cerebro paleomamífero. Esta adquisición reciente en la historia evolutiva culminará en la especie humana. Durante esta evolución, vemos un aumento importante de la superficie del neocórtex de un factor mil en el momento del paso del macaco al hombre. Esta región cerebral es la sede de las capacidades cognitivas superiores como el lenguaje, la poesía o las matemáticas. Una vez que el cerebro se dota de un neocórtex, podrá adquirir sensaciones conscientes de naturaleza visual, auditiva, táctil y somática. Se encontrarán soluciones nuevas a las dificultades cotidianas gracias a las conexiones de los circuitos del neocórtex y a su capacidad para remodelarse de forma permanente. Las áreas asociativas que rodean las áreas principales de las modalidades sensoriales también se desarrollarán. Si las informaciones procedentes del medio exterior a través de las vías sensoriales llegan a las áreas de proyección primarias, su análisis (es decir, su tratamiento para llegar a una comprensión y alcanzar un valor simbólico) se verá asegurado por las áreas corticales asociativas.

En el seno de este vasto territorio heterogéneo que es el neocórtex, el córtex prefrontal es el que culminará en el sapiens, garantizando nuevas funciones propias del hombre como la anticipación y la planificación de la acción. Con esta última innovación evolutiva, se inventarán formas complejas de aprendizaje y memoria. Para asegurar todas estas funciones, el neocórtex comprende diez mil millones de neuronas conectadas entre sí. Algunas zonas están especializadas en funciones particulares como la motricidad, el tacto, la vista o el oído. Próximas a ellas se extienden regiones no tan bien delimitadas que integran un amplio repertorio de informaciones, se trata de las áreas de asociación que asimilan la sensación elemental (es decir, la percepción propiamente dicha) y la identifican (es decir, el reconocimiento o gnosis).

Hay que añadir a esta clasificación otra forma de jerarquía cortical que distingue las partes izquierda y derecha del cerebro. Esta dicotomía proviene del hecho de que las vías nerviosas cruzan el plano mediano del eje corporal sin posibilidad de poder repartir con igualdad sus proyecciones a un lado y otro de este plano de simetría. De este modo, las vías de la sensibilidad de la mitad del cuerpo izquierdo son recibidas por el hemisferio cerebral derecho y a la inversa. Así también, el control de la mitad del cuerpo izquierdo queda supeditado exclusivamente al hemisferio derecho y a la inversa. El lenguaje, por ejemplo, se trata principalmente en el hemisferio izquierdo; es la parte dominante de un diestro, o la parte derecha de un zurdo. De este modo, en el diestro, el cerebro izquierdo acoge el centro de planificación del gesto, la palabra y los razonamientos de tipo matemático, mientras que el derecho será el del sentido artístico y de la intuición. Pero cuidado con las reglas demasiado simplistas ya que sabemos que ambos hemisferios intercambian permanentemente informaciones a través de una especie de autopista transversal denominada cuerpo calloso.

Dos neurobiólogos, Roger Sperry y Michael Gazzaniga, han demostrado que los hemisferios cerebrales separados tras una intervención quirúrgica (split brain) podían funcionar de forma autónoma. La actividad independiente de los dos hemisferios cerebrales lleva a producir funciones cognitivas distintas generadas a partir de informaciones recibidas por cada una de las partes del cerebro. R. Sperry ha sugerido incluso que esta situación podría conducir a dos estados mentales diferentes, dos estados de conciencia que se ignorarían entre sí, una hipótesis que todavía hoy se debate mucho. Sin embargo, volveremos sobre ello cuando tratemos el tema de las jerarquías del neocórtex en el capítulo 2.

Hemos subrayado hasta qué punto la historia evolutiva del sistema nervioso ha permitido ampliar la representación mental del cuerpo y del mundo necesaria para actuar o para reconocer al otro. Por lo tanto, el cerebro no es un órgano como los demás, sino que es también un elemento espejo sobre el cual se basa nuestra percepción de nosotros mismos y, aún más importante, simultáneamente la del Otro. Todos nuestros actos, todas nuestras sensaciones, están permanentemente evaluadas para medir su interés individual o colectivo (para la especie). Pero lo propio del cerebro humano es haber desarrollado una relación con el Otro regida por un sistema de valores. El desarrollo inmenso de nuestro encéfalo ha favorecido no solo la exteriorización de nuestro pensamiento a través del lenguaje, o de la manipulación de instrumentos, sino también la interiorización del pensamiento del Otro. Esto es lo mismo que concluir que el hombre es capaz de vivir el Otro a través de sí y de demostrar compasión. Ya lo veremos, la amígdala es una estructura clave en este contexto, ya que permite leer las emociones en los demás y realizar condicionamientos primarios entre estímulos dolorosos o reforzamientos. A nivel de la amígdala es donde se construirán las representaciones, las estrategias de acción y, al mismo tiempo, la representación del mundo que todo individuo construye. Los bucles de activación del córtex prefrontal y sus regiones subcorticales permiten al cerebro dar valores morales a objetos o a situaciones abstractas. Repasaremos de qué modo las estructuras subcorticales del roedor, que gestionan sus castigos y recompensas, han evolucionado hacia un dispositivo más complejo que constituye toda la riqueza de la especie humana, capaz de dictar reglas de conducta morales, conmoverse, apasionarse o rebelarse.

Este libro termina con una nota voluntariamente optimista. Plantea la cuestión del estatuto del hombre en los años venideros. El descubrimiento de la plasticidad cerebral se encuentra en el origen de la aparición de nuevas tecnologías que ahora están disponibles para el gran público, gracias al programa de entrenamiento cognitivo, a los psicoestimulantes y a otras moléculas «inteligentes» (smart drugs) que permiten optimizar el funcionamiento del cerebro, haciéndolo mejor o compensando ciertas deficiencias mediante el implante de electrodos que permiten transmitir directamente corriente a las estructuras más profundas del cerebro. Los progresos de la medicina regeneradora muestran ya que es posible reconstituir numerosos órganos como la epidermis, los vasos sanguíneos o territorios nerviosos lesionados. Los métodos desarrollados inicialmente en el ámbito teórico de las nanotecnologías están camino de penetrar actualmente en el mundo complejo de lo vivo. Aunque no todas las regiones cerebrales se contemplen todavía directamente en ingeniería de los tejidos, es probable que estos instrumentos nuevos permitan, en un futuro cercano, diagnosticar mejor, curar mejor y, sin duda, mejorar las funciones cognitivas del hombre sano o enfermo. Un mejor control de la plasticidad cerebral asociado a implantes permite también pensar en un ser humano dotado de una memoria superpotente, un cerebro aumentado, una visión nocturna casi perfecta, o también un ser humano capaz de tomar el control, a distancia, de un robot únicamente a través de la mente. Esta visión de un cerebro adulto moldeable llevó a Ray Kurzweil[31], teórico del transhumanismo y de la singularidad tecnológica, a sugerir que el cuerpo y el espíritu se verán trascendidos próximamente. Según sus cálculos, el final de la civilización tal como la conocemos se producirá dentro de treinta años. ¿Acaso está ya en marcha el hombre inmortal?

1. ÉRASE UNA VEZ UNA FORMA

Crear es también dar una forma al propio destino.

ALBERT CAMUS, El mito de Sísifo, 1942

Hablar de crear en relación con los orígenes del cerebro, esa forma admirable, es exponerse al creacionismo, eso que los científicos consideran odioso. El único creador cuya presencia de hecho sobre la Tierra (como hoy en los cielos) está probada es precisamente el cerebro del hombre, artesano genial de instrumentos, que van desde la simple piedra o un trozo de madera hasta el lenguaje articulado y que le permiten instrumentalizar el mundo para ponerlo a su disposición. Por otra parte, en lugar de hablar de origen, preferimos hablar de «principio» en el sentido utilizado por el apóstol Juan —al principio era el Verbo— o en el de Goethe —al principio era la Acción— y finalmente, por qué no, en el sentido de al principio era el Amor, que es el sentido que preferimos. Lo cual indigna a los racionalistas embebidos de rigor científico: eso sería espiritualismo, teología, aún peor, magia; un encantamiento del mundo con la sombra proyectada de la presencia de Dios. No existe nada que permita al científico negarla, como tampoco probarla. El gran físico Laplace no contestaba al emperador diciendo: «Dios no existe», sino: «No necesito a Dios para hacer lo que hago». Este es el verdadero rigor. Sin embargo es necesario insistir en el sentido que hay que dar a dicho rigor, ya que en la propia comunidad científica se establece una criba sobre este tema. A tenor de su disciplina, los científicos no lo consideran exactamente del mismo modo. Recientemente, uno de nosotros asistió a la intervención de una matemática que insistía en que hubiera matemáticas en el instituto. Y decía de las matemáticas: «¡Son mágicas!». Un físico, también presente, saltó de inmediato: «En ciencia, no hay magia. Hay causas. Cuando no sé, intento comprender, ¡busco leyes!». La matemática, que, sin embargo, se desenvuelve en el ámbito de la racionalidad absoluta, insistió: «Para mí, mi descubrimiento es producto de un encantamiento. ¡Hechizo al mundo con mis matemáticas y me hechizo con mis teoremas!».

Del mismo modo, al sugerir que «al principio era el Amor», nos referimos a los comienzos de la vida sobre la Tierra, hace más de mil millones de años, sin hacer que intervenga ni el más mínimo rastro de trascendencia. La vida aparece cuando el Amor alcanza la materia y desencadena el gran juego de reconocimientos entre moléculas orgánicas que se unen según afinidades electivas. Nada se crea sin energía. La vida extrae la energía del mundo, Tierra o Sol, y la utiliza para su propia construcción. La materia viva se nutre de la materia viva. Las moléculas se asocian para descubrir formas nuevas, las prueban, las adoptan o las abandonan bajo el dominio de la selección natural. Entonces comienza la evolución de los seres vivos… La forma de los organismos traduce la constancia y la estabilidad de las especies. Sin embargo, extraña paradoja, esta identidad singular está acompañada de un cambio permanente que conduce a la desaparición de especies antiguas que son sustituidas por otras nuevas.

Teniendo, por así decirlo, en mente el estudio del cerebro humano y de sus antecedentes en la historia evolutiva del reino animal, abordaremos en primer lugar las tierras fértiles de la embriología. Se tratará de describir en qué forma el cerebro emergió a partir de un conglomerado de células denominado mórula[32]. También veremos cómo la genética moderna, al revelar la existencia de un plan de construcción inscrito en una secuencia genética particular, ha reintroducido subrepticiamente la noción antigua de forma en el debate científico. Siguiendo los pasos de Demócrito, para el cual la forma designa la disposición de las partes de un todo[33], denominaremos estructura a la organización anatómica de las entidades funcionales del cerebro. Invitaremos entonces al lector a visitar las principales estructuras del cerebro humano o regiones homólogas[34] de otros vertebrados. La biología moderna, al descubrir la importancia de la expresión de los genes del desarrollo[35] en la emergencia de las distintas formas y estructuras del sistema nervioso, incluido el encéfalo[36], ha hecho suya esta cuestión para recolocarla en el centro de los debates científicos contemporáneos.

Los genetistas nos dicen que existen genes que determinan el lugar relativo de los órganos, unos en relación con otros. Estos genes, denominados homeóticos[37], son capaces de organizar la estructuración precisa del cuerpo del embrión de atrás hacia delante. Desde los trabajos de Thomas Morgan[38], los descubrimientos fundamentales en genética sobre todo se han realizado a partir de las manipulaciones de un insecto, la mosca del vinagre, llamada también drosophila. Sin rebajar esta regla, durante la década de 1980, se descubrieron genes homeóticos en la drosophila. No solo están presentes en la construcción del cerebro del embrión, sino que también están presentes cuando se trata de garantizar la conservación de la forma, como un molde que se conserva con mimo, sea cual sea la especie estudiada. En el curso evolutivo de las especies, los genes homeóticos han sido responsables de la aparición de entidades anatómicas muy distintas entre sí a lo largo de todo el cuerpo: una cabeza por encima de un tórax, que a su vez se sitúa sobre un abdomen. Estas entidades anatómicas están dotadas de propiedades funcionales que dependen tanto de su naturaleza como de su disposición en relación unas con otras en el organismo. Lo veremos con detalle más adelante, tanto los invertebrados como los vertebrados están construidos siguiendo un esquema general que respeta dicha disposición espacial ordenada por la acción de los genes homeóticos.

Gracias a la conservación de estos genes, un huevo de gallina dará invariablemente una gallinácea del género Gallus domesticus o el ovocito de la mujer fecundada por un espermatozoide humano producirá siempre, y sin sorpresas, una cría humana. Actualmente, las teorías modernas del desarrollo nos muestran que los genes homólogos que intervienen en las mismas regiones del genoma, en organismos tan distintos como la mosca y el hombre, son de algún modo caracteres topológicos invariables y, por lo tanto, comunes a todas las especies. La forma, siempre la forma.

Por supuesto, la idea de una invariabilidad de las estructuras anatómicas, de una especie a otra, no esperó la llegada de la biología molecular para surgir en la mente de los investigadores. La enunciación categórica de una conservación de la forma recuerda los preceptos defendidos antaño por Geoffroy Saint-Hilaire[39], para quien existía un plan único de organización de los seres vivos. A partir de 1796, enunció esta ley bajo la forma del «principio de unidad de composición orgánica», según el cual los órganos, que pueden variar de tamaño o función de una especie a otra, ocupan una posición relativa que permanece constante desde los insectos hasta los vertebrados[40]. Esta concepción revolucionaria fue considerada radical en su época, ya que se oponía, sobre todo, a la posición central defendida por la Academia de Ciencias y en particular a la de Georges Cuvier[41].

Si existe un ámbito de la vida animal en el que la perennidad de las formas es digna de mención, el ámbito de las estructuras nerviosas, que gestionan los deseos, las pasiones y los distintos aspectos de la afectividad, constituye la marca de todos los vertebrados[42]. La gran innovación introducida por estos en la evolución de las especies no es tanto la vértebra como una cabeza de estilo nuevo[43], de la que hablaremos en profundidad más adelante. Esta cabeza reúne en la parte delantera del cuerpo los órganos sensoriales (ojos, orejas, órganos olfativos), bien protegidos por una máscara ósea, para buscar y acercarse a las presas, en torno a una boca amplia que las atrapará, las matará y las tragará. Todas estas formas derivan de la misma estructura embrionaria, la cresta neural[44] constituida por células en transformación[45] que, tras migrar al cuerpo y a la cabeza, darán lugar, sobre todo, a los huesos y al tejido conjuntivo del rostro, con su boca voraz, y al sistema nervioso simpático que une el cerebro a los órganos vitales del cuerpo.

Esta organización de la cabeza les lleva a mirar el mundo desde delante y les proporciona capacidades de investigación sobre el mundo que podríamos denominar curiosidad. Estas nuevas capacidades están unidas al sistema nervioso de los vertebrados, así como al funcionamiento de los genes del desarrollo, irregular a lo largo del tiempo, que privilegia determinadas partes del cuerpo y conlleva una extraordinaria aptitud de relación con el medio. La contingencia se introduce en la construcción del individuo. Ese granito de contingencia suplementario viene acompañado de un deseo intenso, motor de la apertura del sujeto al mundo: una subjetividad actuante. Dicho de otro modo, sentimos la tentación de decir que el animal curioso observa el mundo y el porvenir. Por supuesto, en esto no existe ni finalidad ni intención.

Este destino notorio del cerebro de los vertebrados nos lleva al cerebro humano. Ha llegado el momento de levantar el telón y descubrir el taller del sastre que corta este cerebro a medida.

TRAS LA DIVERSIDAD DEL REINO ANIMAL, UN PLAN ÚNICO

¿Cómo no maravillarse ante la fabulosa diversidad de las especies animales? Tras ella se esconde en realidad un plan de base, un patrón como los que utilizan los modistos y sastres antes de introducir sus variaciones. Patrón que se conserva en el «patrimonio genético» de cada individuo. El conjunto de genes denominado genoma se encuentra repartido sobre los cromosomas en el seno del núcleo de la célula que es —se sabe desde hace dos siglos— la unidad de base de los seres vivos.

La función principal de determinados genes es informar a las células de su migración durante la embriogénesis, y después precisar su colocación final para contribuir a la formación de los órganos (etapa que se denomina organogénesis) en las tres dimensiones del espacio euclidiano: un eje dorsoventral, un eje anteroposterior y un eje lateromedial (o derecha-izquierda[46]). Por ejemplo, en la drosophila, la única función de los genes homeóticos de la familia Hom-C es asegurar la especialización en el eje anteroposterior de los distintos segmentos del cuerpo de la mosca. Si un gen de esta familia muta, la mosca tendrá no una sino dos cabezas. En los vertebrados, dos grupos de genes participan en la constitución de los dos grandes ejes del embrión: se trata de los genes Hox[47] y Pax[48] que definen el posicionamiento celular a lo largo, respectivamente, del eje anteroposterior y del eje dorsoventral del sistema nervioso central[49].

La idea relativamente antigua de un plan único de organización es actualmente el origen de un concepto central en embriología, el concepto del zootipo. Este se corresponde con los patrones particulares de expresión de los genes que aportan informaciones posicionales precisas, en un estadio particular del desarrollo embrionario de un taxón[50]. No obstante, la biología del desarrollo nos enseña que todos los metazoarios[51] tienen en común un periodo de desarrollo durante el cual todos los embriones de distintos filos se parecen. ¿Sabe el lector que, por ejemplo, en virtud de este principio, todos nosotros pasamos por un estado embrionario durante el cual esbozamos unas branquias al igual que nuestros predecesores acuáticos? También resulta sorprendente darse cuenta de que, al igual que los embriones de los peces, desarrollamos arcos branquiales, de forma transitoria y fugaz, que son el origen, en el embrión humano, de la aparición de seis saquitos de carne que cuelgan a ambos lados del cuello y contienen, cada uno, una excrecencia cartilaginosa. Lo mismo sucede con la notocorda, estructura efímera que fabricamos antes de desguazarla para reutilizar sus ladrillos de construcción en la fabricación de los discos situados entre las vértebras. Los constructores de iglesias y castillos antiguos actuaban del mismo modo.

El estadio particular del desarrollo en el que todos los embriones acaban pareciéndose se denomina estadio filotípico[52]. La existencia de esta etapa forzosa, en la que todos los embriones adquieren la misma apariencia, se debe a la presencia de un complejo conservado de genes homeóticos[53] que dirige la aplicación del plan de organización de todos los metazoarios. Se trata de los genes de los complejos homeóticos Hox que, probablemente, se encuentren entre los factores más estudiados para comprender la existencia de una filiación entre especies.

Cuando estos genes sufren mutaciones, aparecen «transformaciones homeóticas» que producen la sustitución de un órgano por otro. El ejemplo de la transformación de una antena de drosophila en pata es sin duda el caso más estudiado en la literatura científica[54]. Esta propiedad es la que nos hace considerar esta familia de genes como garante de la identidad de un organismo[55]. De este modo el descubrimiento de la existencia de un complejo de genes homeóticos común a insectos y mamíferos tuvo el efecto de un seísmo en el seno de la comunidad de los biólogos que consideraban, hasta la década de 1980, que estos animales tenían planes de organización muy distintos. Sabemos, por ejemplo, que el sistema nervioso central de los insectos, subdividido en tres partes —protocerebro, deutocerebro y tritocerebro—, está posicionado ventralmente[56], mientras que el de los vertebrados está exclusivamente situado en posición dorsal[57].

Los genes homeóticos constituyen un conjunto de genes muy variados que se encuentran en todas las células eucariotas (células que poseen un núcleo), es decir, en los animales, los vegetales, los hongos y los protistas (eucariotas unicelulares). En el seno de este conjunto amplio de seres vivos, solo los genes Hox próximos de los genes homeóticos de la drosophila, y fruto probablemente de un mismo gen ancestral[58], forman una familia particular presente únicamente en los animales pluricelulares.

El análisis genético muestra claramente que los genes homeóticos se agrupan bajo la forma de un complejo llevado por el mismo cromosoma de la drosophila. Sin embargo, la observación más detallada de su posición muestra que su disposición sobre ese mismo cromosoma no es fortuita. Al contrario, estos genes están dispuestos según un orden preciso en el espacio; la posición de los genes Hox sobre el cromosoma depende de la región del cuerpo que se halla bajo su control. Esta regla de correspondencia perfecta entre la posición de las diferentes partes del cuerpo y la de los genes Hox asociados a sus regiones diana se denomina colinealidad espacial. Los genes situados en el extremo del cromosoma labial intervienen a nivel de la cabeza, los que se sitúan en el otro extremo del cromosoma (ámbito abdominal) tienen que ver exclusivamente con las regiones más posteriores del embrión.

El descubrimiento de la existencia de un paralelismo entre el mapa genético y el eje de polaridad anteroposterior del plan del cuerpo lo llevó a cabo, hace más de treinta años, Edward Lewis[59]. Esta regla concierne a todos los vertebrados y a los peces primitivos, entre ellos el famoso anfioxo[60], tan apreciado por los biólogos. Estas especies pertenecen todas ellas al filo de los cordados[61] y se separaron de los artrópodos hace más de quinientos cincuenta millones de años[62]. La universalidad del sistema genético regulador del desarrollo embrionario muestra que unas mismas funciones genéticas pueden ser compartidas entre los seres vivos. Esta convergencia subraya, si fuera necesario, el origen único más que probable de la Scala naturae.

El análisis molecular de los genes Hox revela una particularidad inesperada para los biólogos: determinados genes poseen en común una región casi idéntica. Este motivo repetitivo denominado caja homeótica —homeobox en inglés— ha sido identificado después en todos los genes homeóticos de la drosophila[63]. Gracias a la aparición de la biología molecular, hace más de treinta años, la noción de homología ha podido extenderse a la noción de estructura, primero a las moléculas y luego a los genes. La búsqueda de sustratos moleculares o genéticos que presentan un carácter homólogo, es decir que poseen secuencias comunes y proceden de la evolución de una misma molécula o de un mismo gen presente en un antepasado común, ha aportado criterios suplementarios de homología. Estos rasgos o criterios han permitido a los zoólogos establecer relaciones nuevas entre estructuras diferentes, por ejemplo las relaciones que mantienen los somitas con el sistema nervioso central. Estos criterios moleculares han facilitado la resolución de problemas que antes se consideraban irresolubles, como la puesta en evidencia de los lazos entre el sistema nervioso de los animales con sistema nervioso ventral y el de los animales con sistema nervioso dorsal o también la aparición del encéfalo de los vertebrados a partir de las vesículas (sensorial o cerebral) de los procordados. Por primera vez, gracias al descubrimiento de los genes homeóticos, las filiaciones entre estructuras muy distintas se han hecho evidentes repentinamente, como las mandíbulas de los agnatos (lampreas) y los arcos aórticos de los pájaros o de los mamíferos.

Para apreciar la importancia de esta revolución en biología, citaremos los trabajos que han permitido caracterizar la evolución de la estructura del complejo Hox en los metazoarios. El complejo Hox ancestral de los bilaterianos (Bilateria, es decir, de los metazoarios con simetría bilateral que poseen tres láminas embrionarias)[64] comprende de ocho a diez genes capaces de conferir una identidad precisa a las distintas regiones del organismo según el eje de polaridad anteroposterior[65]. En cierto modo, el zootipo solo representa un conjunto de informaciones genéticas que divide al organismo en territorios diferenciados que se suceden de atrás adelante, como si se trataran de vagones sujetos a una locomotora.

Denis Duboule ha extendido este concepto central de la embriología al sugerir que el control de la expresión de los genes homeóticos podría seguir otra regla: la de la colinealidad temporal que permite proceder a la construcción del organismo de atrás adelante[66]. Según este método, la parte más anterior del cuerpo sería la primera en formarse, mientras que las regiones más posteriores se añadirían progresivamente unas a otras. Cuando esta colinealidad temporal deja de respetarse, por ejemplo tras una mutación, el cuerpo del animal muestra una sustitución de un órgano por otro, se trata de la homeosis. El genetista alemán R. Goldschmidt denominaba a esos mutantes monstruos prometedores[67], ya que es posible que demuestren estar mejor adaptados que los animales que siguen la norma actual de la especie[68]. En este caso, el órgano aparecido de manera ectópica está intacto; se prestará para desenvolver funciones nuevas en el mutante. Por su carácter espectacular, existen dos ejemplos famosos en la drosophila: la mutación antennapedia, que se traduce en la aparición de patas en el lugar de las antenas, y bithorax, en la que el tercer segmento torácico se transforma en segundo segmento torácico; en este último caso, la mosca mutante posee dos pares de alas en lugar de un único par.

Al empezar la obra por la parte más anterior del cuerpo, la construcción del embrión nos recuerda también la historia evolutiva (la filogenia) de los vertebrados que emergieron con una cabeza nueva. Más adelante volveremos sobre este tema que es muy importante para comprender la construcción de un órgano muy singular, el cerebro, en el que se inscriben las facultades psíquicas del hombre.

Recordemos que los vertebrados son cordados cuyos representantes más antiguos conocidos, los cefalocordados[69], datan de principios de la era primaria[70]. Su cuerpo está compuesto por un conjunto repetitivo de segmentos en el que resulta imposible distinguir el cuello, el tórax, el abdomen, la pelvis y la cola. En este caso, las funciones que deben cumplir las distintas regiones del cuerpo solo pueden ser coordinadas espacialmente gracias a la intervención de un sistema de comunicación eficaz, el sistema nervioso. La identidad de los distintos territorios del cuerpo permanece asociada a la naturaleza de los circuitos nerviosos que los inervan. Para responder a este reto y permitir que cada una de las regiones del cuerpo esté inervada por un circuito nervioso particular, es necesario construir siguiendo reglas armoniosas. Este reto no es sencillo, si tenemos en cuenta el número de animales que disponen de un sistema nervioso verdadero. ¿Cómo construir de manera invariable y concertada el cuerpo de más de un millón de especies dotadas de sistema nervioso?

Ante la gran variedad de formas y a pesar de la diversidad de comportamientos que les corresponde gestionar a los circuitos nerviosos, una convergencia anatómica y funcional revela la unidad fundamental de construcción de los seres vivos. Esta convergencia de estructuras entre especies muy distintas implica que las unidades periféricas orgánicas y sensoriales se establezcan de manera coordinada con los centros nerviosos. Esta necesidad de llevar a cabo de forma concertada la construcción del eje nervioso central y la de las entidades periféricas constituye el origen del zootipo neuronal[71], extensión del concepto de zootipo definido anteriormente. Más adelante volveremos sobre esta noción importante que permite explicar muchas de las limitaciones que deben respetarse cuando se trata de construir un sistema nervioso.

Este bosquejo de la biología del desarrollo subraya el papel clave de los genes Hox en la emergencia de innovaciones del desarrollo y morfológicas en los metazoarios[72]. Salvo las especulaciones bastante audaces para su época de Geoffroy Saint-Hilaire, en 1822, la definición de un animal siempre se ha restringido al contexto funcional, es decir, del comportamiento. Un pez nada, un pájaro vuela. El animal se definía entonces como un ser vivo que podía moverse, alimentarse y responder a los estímulos de su entorno. El descubrimiento del papel clave de los genes Hox ha permitido comprender de qué modo un organismo vivo podía verse obligado por la expresión de los genes que gobiernan la forma de sus órganos (los genes homeóticos), y no tanto por la presencia de genes que regulan las grandes funciones fisiológicas. Esta concepción moderna, en la que la forma prevalece sobre la función, se inscribe en la ruptura total epistemológica con las tesis anteriores que, a la manera de lo que enunciaba Cuvier, se basaban en una clasificación de los organismos según criterios funcionales.

Esa estructura tan compleja de nuestro cerebro finalmente solo depende de un puñado de genes homeóticos capaces de dirigir su desarrollo para atribuirle esa forma tan característica que conocemos tal como se da en el adulto.

Si bien el descubrimiento de la función de los genes homeóticos en la construcción de las formas está en deuda con las observaciones de los mutantes «monstruosos», también se ha visto enriquecida de forma fortuita por la aportación de los teóricos que se han interesado, siguiendo a los filósofos, por la cuestión antigua de la génesis de las formas. De este modo, hemos asistido al nacimiento en las últimas décadas de teorías matemáticas que formalizan la producción y la dinámica de las formas de lo vivo. Han recibido distintas denominaciones, como la teoría de las catástrofes formulada por René Thom[73], la de los sistemas disipativos tan grata a Ilya Prigogine[74], la de los fractales de Benoît Mandelbrot[75] o también la del caos con sus atractores extraños formulada por David Ruelle[76]. Estas reflexiones han permitido formalizar y dar sentido al corpus enorme de datos experimentales que los biólogos acumulaban de manera dispersa y cuya comparación se veía dificultada debido a la variedad de los modelos experimentales utilizados. Es interesante constatar que estos modelos teóricos subrayan la conservación de los caracteres topológicos más importantes del plan de organización común a todas las especies animales. Esta conclusión se une a las teorías formuladas antaño por D’Arcy Wentworth Thompson (1860-1948) en Sobre el crecimiento y la forma, que supuso un hito radical en el estudio de las formas de los organismos vivos (la morfogénesis) a partir de instrumentos tomados en préstamo de las matemáticas y de la física[77]. ¡Qué hermoso homenaje le han hecho a este científico brillante sus sucesores!

CUANDO EL ZOOTIPO SE VUELVE NEURONAL

Para reconciliar la definición moderna del reino animal y aquella fundada antaño sobre las características de comportamiento de las distintas especies, dos investigadores franceses, J. Deutsch y H. Le Guyader, han planteado una hipótesis según la cual el concepto de zootipo podía extenderse a los procesos que presiden la constitución del sistema nervioso. La apuesta es sencilla, pero crucial. Los planes de organización que permiten la constitución de los territorios corporales serían reutilizados para el desarrollo del sistema nervioso. Este es el precio que habría que pagar para que se pudiera garantizar una coordinación mejor de los distintos sistemas embrionarios (inmunitario, muscular, nervioso, etc.) y para que el nervio se formara según los mismos principios que el músculo por él inervado. La función primordial de los genes del zootipo de los animales con simetría bilateral sería, por lo tanto, definir precisamente los trayectos neuronales para que se formen circuitos nerviosos en armonía con las distintas regiones del embrión.

Este postulado se basa en la existencia de un zootipo de naturaleza neuronal[78] que permite, en el momento de la constitución del plan del cuerpo, dirigir también y de manera concertada el desarrollo de un sistema nervioso que inerva de forma armoniosa las distintas regiones corporales propias de la especie. Para asegurar esta función, los genes del zootipo deben ser capaces no solo de garantizar el reparto espacial de las células del embrión, sino también de guiar simultáneamente las terminaciones de las células nerviosas hacia sus dianas. Solo así nuestras facultades intelectuales pueden desarrollarse a partir de la coordinación precisa de los movimientos celulares del embrión.

Para comprender las reglas de migración celular controladas concienzudamente, vamos a abordar en primer lugar la forma en que, a partir de un huevo, pueden emerger organismos tan complejos y diferentes como el de una mosca o el de un ser humano. Veremos que la dimensión particular de lo vivo depende de una historia doble, la del sujeto y la de la especie. Cada organismo posee un programa genético, a su vez históricamente determinado, que preside su desarrollo, determina su forma y, finalmente, controla sus funciones[79].

LAS FORMAS DE LAS QUE SOMOS HEREDEROS

La aparición de las neuronas es uno de los acontecimientos más importantes de la evolución de los animales pluricelulares. Tuvo lugar en la rama de los eumetazoos[80]: las esponjas son los únicos metazoos desprovistos de sistema nervioso.

Para comprender cómo hemos heredado un sistema nervioso con forma y estructuras tan precisas y complejas, ante todo tenemos que entender de qué modo la noción de información posicional participa en la diferenciación de las células[81]. Recordemos que la historia de la formación de un individuo empieza con la fecundación del óvulo —ese pequeño corpúsculo de aproximadamente una décima de milímetro de diámetro en el ser humano— por el espermatozoide. La fecundación produce una célula que denominamos huevo gracias a dos acontecimientos primordiales del desarrollo embrionario: la fusión de los núcleos de los gametos que permiten, por un lado, la asociación del material genético paternal y maternal, y, por el otro, la activación del huevo que sale de su «letargo» para producir un embrión. Esta última etapa comprende la producción de las distintas agrupaciones celulares que forman las láminas embrionarias que deben seguir una coreografía sabiamente dirigida[82].

El sentido común ignora todo de los procesos de desarrollo responsables de la formación de un embrión. Se pregunta qué truco de magia permite que la célula, así fecundada, pueda transformarse en un organismo tan complejo como el del Homo, constituido por miles de millones de células armoniosamente combinadas en el espacio y capaces de formar órganos tan diversos como el corazón, los miembros, los ojos o el cerebro. Para el biólogo, este reto resulta tan complicado como intentar comprender cómo las divisiones celulares producen miles de millones de células que representan más de trescientos cincuenta tipos diferentes, cuyas funciones son extremadamente variadas[83]. Para ello, estas células tienen de hecho que combinarse en el espacio siguiendo instrucciones precisas, transmitidas fielmente de una generación a otra, por una misma especie.

Sea cual sea el organismo considerado, los mismos órganos derivan siempre de las mismas láminas embrionarias. Inmediatamente después de las primeras divisiones celulares, el óvulo fecundado se transforma progresivamente en un amasijo de células, la mórula, caracterizado por dos láminas celulares, una externa (ectodermo) y otra interna (endodermo). El ectodermo da pie al revestimiento externo del cuerpo (la piel o el exoesqueleto) y del sistema nervioso. El endodermo es por su parte responsable de los tejidos internos: el tubo digestivo y sus glándulas anexas que, en los vertebrados, comprenden el hígado y el páncreas.

Una etapa importante, denominada gastrulación, se produce gracias a los movimientos de invaginación de las láminas a partir de una abertura, el blastoporo. En los protóstomos, la formación del futuro polo anterior (la boca) a partir del blastoporo se realiza después de la del ano. Sin embargo, durante la evolución de las especies se invierte el proceso. En los deuteróstomos, grupo al que pertenecemos, la boca que se forma en primer lugar orienta la organización del cuerpo y define un eje privilegiado, el eje anteroposterior, a partir del cual el sistema nervioso puede formarse alrededor de la cuerda dorsal. De este movimiento de invaginación nace una nueva lámina situada entre el ectodermo y el endodermo que se denomina mesodermo. Divisiones celulares sucesivas permiten formar los órganos que proceden exclusivamente de una de las tres láminas. De forma concomitante y bajo la presión de fuerzas físicas, la proliferación celular desencadena el movimiento de las tres láminas que definen los ejes de simetría: el eje dorsoventral, el eje anteroposterior y el eje lateromedial (o derecha-izquierda).

Siguiendo este ballet coreografiado con precisión y regido según reglas topológicas precisas es como el cerebro del embrión humano puede tomar forma. Estos movimientos celulares se adentran por caminos perfectamente balizados, idénticos de un organismo a otro, dentro de una misma especie. El resultado es la formación de un embrión conforme al plan de organización de la especie a la que pertenece[84]. Este plan contenido en el huevo está libre de las influencias externas al huevo según una memoria de la especie transmitida de una generación a otra con sorprendente estabilidad.

Los animales que comparten la misma lógica organizativa, los mismos planes, constituyen juntos un phylum[85]. En El origen de las especies, Darwin consideraba ya el parecido de los embriones pertenecientes a especies diferentes un argumento importante a favor de su teoría sobre la evolución de las especies. Para que animales de especies distintas puedan parecerse en estado embrionario, forzosamente tenían que compartir un antepasado común, una especie de primo lejano del que todos en la familia hablan, pero que en realidad nadie ha conocido. Esta es la tesis que defendió uno de sus más fervientes admiradores, Ernst Haeckel, que desplazó un poco más tarde las ideas del maestro al formular su teoría sobre la recapitulación. Dicha teoría se puede resumir en esta afirmación hecha célebre: «La ontogénesis recapitula la filogénesis», dicho de otro modo, el desarrollo de un individuo pasa de nuevo por todos los estadios del desarrollo que han seguido las especies del mismo filo. Según esto, las diferentes etapas embrionarias reproducen, de forma acelerada, pero fiable, todas las formas parecidas a las que tienen los adultos de las especies que están en el origen del grupo al que pertenecen[86]. Siguiendo la aparición de las teorías propuestas por Darwin y luego Haeckel, el concepto antiguo de un plan único (un patrón) de organización podía por fin renacer.

Esta memoria del origen del antepasado común se conservaría en cierta forma por los mecanismos misteriosos de la herencia. Los datos moleculares recientes han permitido reactualizar esta hipótesis al establecer un lazo fuerte entre la biología del desarrollo, por un lado, y las ciencias de la evolución, por el otro. Esta nueva disciplina de la biología, conocida como evodevo[87] por sus adeptos, pretende comprender mejor las relaciones que unen los procesos de desarrollo a los de la evolución. En otras palabras, esta actuación ontológica consiste en poner en marcha una genética evolutiva del desarrollo. Las innovaciones que acompañan sin cesar la evolución de las especies pueden ser estudiadas y caracterizadas gracias a las herramientas y a los conceptos tomados en préstamo de la embriología molecular. Esta disciplina emergente debe a Haeckel el haber descubierto la importancia de la evolución de las especies en el modo de construir un embrión. Según este enfoque, todos los vertebrados tienen en común un mismo plan del cuerpo, de delante hacia atrás —una cabeza, un tronco y una cola—, luego de arriba abajo —una columna vertebral y un vientre—. Señalemos también que para ser exhaustivo no hay que olvidarse de las limitaciones impuestas por el medio en el que el sujeto se desenvuelve, lo que actualmente hace que los especialistas propongan una nueva forma de actuación que podría denominarse eco-evodevo.

Ya hemos subrayado el origen exclusivo del sistema nervioso a partir de la lámina más externa del embrión: el ectodermo[88]. Sin embargo, también la encontramos en el origen de la formación de la epidermis (la piel), de determinadas glándulas, de las faneras, de las células sensoriales como aquellas que permiten el tacto, de las de la retina, del ojo, de las células receptoras del oído, del dolor, del olfato e incluso de las del gusto. Únicamente una fracción de la parte dorsal de este ectodermo aporta el tejido necesario para construir el sistema nervioso central (el cerebro y la médula espinal) y el sistema nervioso periférico (los ganglios y los nervios esparcidos por todo el cuerpo). Ahora invitamos al lector a que descubra de qué modo este ectodermo procura de forma estereotipada todas las células del sistema nervioso central y periférico. Para ello, tendremos que descubrir las reglas que rigen la combinación topográfica de las distintas estructuras embrionarias. Pero ¡silencio! Entra el maestro[89].

EL DIRECTOR DE ORQUESTA

Hemos descrito de qué modo el plan de organización de un individuo se halla inscrito en el material genético constituido por moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN), presentes en todos los núcleos de nuestras células. Este patrimonio es herencia de los gametos de cada uno de los progenitores que se fusionan para formar una única célula huevo. Este ADN, depositario del «código» de la especie y del individuo, dicta el comportamiento de las células fruto del huevo según un conjunto de instrucciones que conviene denominar genotipo. Esta información permite la construcción progresiva del cerebro, desde la aparición del bosquejo tisular que da pie al sistema nervioso en los primeros estadios del desarrollo embrionario hasta la plena madurez adulta. Este programa genético se basa en una serie de instrucciones cuyos ejecutores son, en primer lugar, los constituyentes del citoplasma del huevo, luego células que derivan de él y también el ADN contenido en su núcleo.

A lo largo de la evolución de las especies, el genotipo garantiza la constitución progresiva de las distintas estructuras cerebrales a medida que las regiones nerviosas se vuelven automáticamente más complejas y rigen comportamientos más variados. De este modo, la lógica de conjunto del sistema nervioso de los primates, incluido el hombre, se desprende más fácilmente cuando comprendemos el sistema nervioso a través de su dinámica evolutiva y no bajo el punto de vista de la neurofisiología. Para parafrasear el adagio de Theodosius Dobzhansky, «nada en biología tiene sentido si no es a la luz de la evolución». Según esta máxima que se aplica también a las ciencias del cerebro, podemos concluir que la adquisición de nuevas funciones nerviosas, en una determinada especie, se traduce en la suma de una aptitud nueva de tratamiento o de una capacidad de adaptación al medio que el dispositivo antiguo (denominado primario por los evolucionistas) no podía asegurar. El aforismo de Darwin: «Toda construcción verdadera es genealógica», adquiere entonces todo su significado cuando se trata de abordar la historia del sistema nervioso de los vertebrados.

HISTORIA GENERAL DEL EMBRIÓN

Los dos investigadores alemanes Hans Spemann y su alumna Hilde Mangold han contribuido de forma significativa a la definición de las etapas iniciales fruto de las cuales aparecen las primeras células nerviosas en el embrión. En 1924, según un método experimental revolucionario para la época, estos embriólogos mostraron que una región limitada de la blástula del tritón, el labio dorsal del blastoporo, es el único territorio dotado de una capacidad de diferenciarse de forma autónoma. Únicamente esta región de la joven gástrula sería, pues, responsable de la formación de los territorios más importantes del embrión. Se presenta bajo la apariencia de una hendidura corta en la superficie de los embriones de anfibios situada en el preciso lugar en el que el mesodermo y el endodermo penetran en el interior del embrión en el momento de los primeros movimientos de las láminas durante la gastrulación. Esta región se ha identificado sin ambigüedad gracias a la puesta a punto de experiencias de trasplantes de un fragmento de embrión donante a otro embrión receptor. Esta experiencia, la más famosa de toda la historia de la embriología experimental, le valdrá a Spemann el Premio Nobel de Fisiología y Medicina de 1935.

Los trabajos de Spemann y Mangold no se limitan a esta simple observación. Por ejemplo, han mostrado de qué modo los trasplantes de territorios tomados de la joven gástrula e injertados en posición dorsal participaban en la formación de la placa neural. Por el contrario, el injerto colocado en posición ventral formaba la epidermis. De estas experiencias, se puede llegar a la conclusión de que los territorios son capaces de una diferenciación autónoma insensible a la influencia de su nuevo contexto. Cuando los mismos investigadores trasplantan el labio dorsal del blastoporo, tomado de una joven gástrula y reintroducida en posición ventral (injerto heterotópico) sobre un embrión receptor que ha alcanzado el mismo estadio de desarrollo (injerto homocrónico), el injerto alcanza la formación de un eje embrionario secundario compuesto en una pequeña parte por el tejido injertado, pero en una parte mayor por los tejidos del receptor. De algún modo, los tejidos ventrales del embrión receptor son capaces de transformarse, por un lado, en ectodermo para formar la placa neural y, por el otro, en mesodermo que producirá los somitas, bosquejos de los músculos y de las vértebras[90]. Para dar cuenta de estos resultados más bien inesperados, Spemann comparaba la región injertada con un verdadero «centro organizador[91]», una especie de director capaz de imponer su partición a las células vecinas. De este modo nació la noción de instrucción neural para traducir la posibilidad de formar tejido nervioso gracias a la interacción del labio dorsal del blastoporo con el ectodermo vecino. Este descubrimiento cambió radicalmente la forma en la que los científicos imaginaban la formación del sistema nervioso en el embrión.

Esta actuación empírica dio paso al surgimiento de la embriología experimental[92] y permitió también la generalización del concepto de centro organizador en la mayoría de las clases de vertebrados, es decir, en los peces, reptiles, pájaros y en todos los mamíferos. Tras estos trabajos pioneros, los numerosos experimentos de trasplante de territorios embrionarios a regiones ectópicas en el receptor han desvelado las dos funciones principales que el organizador debe asegurar en cualquier caso. Por un lado, se trata de enviar al mesodermo señales que, bajo el efecto de un gradiente químico, son responsables de una polaridad dorsoventral[93]. Por otro, el centro organizador fuerza al ectodermo para que este adquiera un destino nervioso. Vamos a ver con detalle la naturaleza de dichas señales, necesarias para que se den sus dos funciones.

SEÑALES Y MECANISMOS

Tal como señala muy acertadamente Nicole Le Douarin en Des chimères, des clones et des gènes, hasta la década de 1930, no se sabía nada de la naturaleza de las señales emitidas por el organizador. ¿Las fuerzas físicas producidas por los movimientos celulares desencadenaban la inducción? No se sabía. Otros investigadores buscaban la causa en la secreción probable de moléculas desconocidas. Los experimentos llevados a cabo por Spemann mostraron que si el inductor se veía sometido a un tratamiento tan radical como el calor, la congelación o el alcohol, perdía sus poderes transformadores. Esto probaba que el proceso de inducción neural dependía de la presencia de materia química que los distintos tratamientos habían desnaturalizado.

Hubo que esperar al final de la Segunda Guerra Mundial para que trabajos sobre el desarrollo del embrión aportaran la prueba irrefutable de que la inducción ejercida por el organizador requiere la intervención de dos factores clave. Uno puede provocar la aparición de las estructuras esencialmente nerviosas (el cerebro y la médula espinal) y el otro, la formación de los tejidos mesodérmicos responsables de la génesis de los músculos, el corazón, los riñones y los cartílagos. Estas dos sustancias químicas, que actualmente se califican como factores morfógenos, ejercen un poder «neutralizante» o «mesodermizante» según sus respectivas cantidades en el embrión. Hasta el surgimiento de la biología molecular en la década de 1980 estos factores se desconocían. La biología molecular ha permitido acceder a las herramientas y materiales necesarios para comprender las leyes que permiten construir un organismo vivo.

Según el método de los arquitectos góticos, en lugar de construir una iglesia nueva en un emplazamiento original, se construye casi siempre sobre las ruinas de una iglesia románica. Del mismo modo funciona la evolución de las especies. Aparecen nuevas funciones a trompicones y con ajustes sucesivos, a partir de estructuras preexistentes. La teoría del equilibrio puntuado propuesta por los paleontólogos Stephen Jay Gould y Niles Eldredge nos recuerda que la evolución comprende largos periodos de equilibrio estable, súbitamente puntuados por periodos breves de cambios importantes. Ahora bien, cuanto más precozmente se den estos cambios en el árbol de los seres vivos, más espectaculares son las consecuencias que ello conlleva. Esta regla tiene implicaciones importantes en paleontología. Cuanto más lejos retrospectivamente podamos observar el desarrollo de un organismo, más numerosas resultan las similitudes que podemos percibir en nuestros antepasados primitivos. Algunas evoluciones adaptativas posteriores a nuestro pasado acuático, por ejemplo, han hecho que estas se relocalicen en nuestra mandíbula y en esos minúsculos huesecitos de nuestro oído interno, durante los estadios precoces del desarrollo del embrión. Veamos ahora de qué modo nuestro cerebro se ha construido sobre estas ruinas antiguas.

LA CABEZA NUEVA

La aparición del grupo de los vertebrados, a partir de los invertebrados, se tradujo en la adquisición de una propiedad fundamental que dio forma al plan de organización de los animales que la heredaron. Aquí no se trata de la evolución de los cartílagos y huesos que se transforman progresivamente en vértebras, tal como el sentido común nos podría sugerir[94]. El paso de los invertebrados a los vertebrados implica mucho más que la simple aparición de la columna vertebral[95]. Ante todo se trata de la elección de un modo de vida. Los vertebrados se dotan de la capacidad de moverse fácilmente, de explorar el mundo en el que se mueven y se comportan como depredadores. Por definición, esta libertad que se traduce en la capacidad de desplazarse, define un eje de dirección marcado por dos sentidos posibles de locomoción: ir hacia delante o hacia atrás. La existencia de dicho eje define la polaridad anteroposterior del sistema nervioso. Debido a las mutaciones y duplicaciones de algunos genes clave, aparecen de forma simultánea estructuras nerviosas a lo largo de dicho eje. De este modo, familias y redes enteras de genes son «reciclados» para construir nuevas partes del cuerpo asociadas a nuevos sistemas.

Esta reorganización del tejido nervioso permitió agrupar todos los centros importantes en la parte anterior del animal para formar una cabeza. Los órganos sensoriales y los centros de decisión así agrupados pueden ser estimulados por los desplazamientos del organismo en su medio. Antes que intentar atrapar los alimentos que le rodean, como el anfioxo[96] sepultado en la arena y condenado a alimentarse exclusivamente de partículas que flotan a su alrededor, el vertebrado puede buscar el alimento de forma activa, como un cazador en pos de su presa. Para ello, los órganos sensoriales se complejizan, y esto permite ver mejor, sentir, oír, tocar y paladear el festín. Esta diversidad de funciones se traduce en la aparición de estructuras sensoriales formadas en pares y simétricamente repartidas a ambos lados del plano medial. Esta disposición simétrica aumenta la precisión de la percepción (visión en tres dimensiones, posibilidad de ecolocalización, etc.). Para conseguir centros nerviosos sensoriales y motores más eficaces, se colocan cerca de la boca donde pueden desencadenar rápidamente el movimiento de las mandíbulas.

La movilidad y la sensorialidad son, por lo tanto, los dos atributos que han permitido, a partir de un antepasado común próximo al anfioxo actual, la aparición de una cabeza nueva, necesaria para la depredación. Al parecer dicha cabeza evolucionó a partir de la extremidad anterior del antepasado procordado para diversificar y enriquecer el régimen alimentario. Ya sabemos lo que ocurrió luego. El desarrollo máximo hacia delante de este encéfalo se alcanzó en los primates, con esa cabeza hermosa y esa cara a imagen de Dios de la que nuestros congéneres se enorgullecen.

En los invertebrados, los centros nerviosos que dirigen la motricidad o la percepción sensorial se encuentran repartidos a lo largo de la cadena nerviosa sobre la cual se desgranan los ganglios, como si se tratara de las cuentas de un rosario. Estos animales no son muy móviles, ni activos, y su cuerpo es mucho menos voluminoso que el de los vertebrados[97]. Prácticamente inmóviles, satisfacen su necesidad de alimento con partículas orgánicas que ingieren filtrando su medio acuático. Para ello disponen de un sistema nervioso distribuido por igual en el organismo suficiente para gestionar estos comportamientos simples y, a menudo, estereotipados. Es el caso, por ejemplo, de los cnidarios, animales marinos de cuerpo transparente y blando, de apariencia gelatinosa, que también se denominan medusas y que tanto atemorizan a los veraneantes ávidos de baños de mar durante la época estival. La medusa flota o se desplaza mediante latidos regulares de su umbrela. Su sistema nervioso se limita a la simple expresión de una cadena de ganglios nerviosos colocados sobre el contorno de la umbrela y cuya actividad principal consiste en permitir los latidos rítmicos de esta. Sin embargo, las células nerviosas que componen los ganglios reciben también informaciones sensoriales procedentes de captores táctiles, colocados en la umbrela, que pueden reorientar las contracciones de los tentáculos para que el animal pueda atrapar una presa o escapar de un peligro inminente. Gracias a este sistema nervioso simple y difuso, ya no se trata de permitir únicamente la locomoción, sino también de desencadenar movimientos dirigidos hacia un objetivo, sea una presa o evitar a un depredador atraído por el festín exquisito que representa una medusa. Sin embargo, este repertorio de estrategias de comportamiento es poco variado. En efecto, la evolución todavía tenía que atreverse a llevar a cabo algunos inventos decisivos.

Ya desde los primeros vertebrados, denominados agnatos, peces sin mandíbula[98], provistos de una especie de armazón óseo denominado exoesqueleto, es posible una exploración más compleja del entorno. Estos aventureros se pusieron en marcha para explorar su medio como guerreros que persiguen a sus enemigos. Ahora bien, esta búsqueda no hubiera sido posible sin ese agrupamiento del sistema nervioso en la parte más adelantada del animal, por razones sencillas de eficacia y para ganar tiempo. En efecto, esta verdadera «encefalización» permite a la información sensorial desencadenar rápidamente una orden motriz de combate o de huida. Así pues, la necesidad de mejorar las habilidades del cazador transformó los captores sensoriales primitivos en verdaderos órganos sensoriales sofisticados. Si bien es cierto que se privilegió el oído y el tacto, sin embargo el olfato adquirió un estatus particular. La olfacción, inexistente en el anfioxo, se desarrolló a partir de las regiones más anteriores de la cresta neural para permitir a este depredador encontrar con facilidad las huellas olfativas dejadas por su presa. Actualmente, una prueba de la importancia primitiva de la olfacción es que la casi totalidad del sistema nervioso anterior de los peces se utiliza para el tratamiento de la información olfativa.

¿Cuál es la estructura embrionaria clave que ha permitido el desarrollo del embrión y la evolución de la cabeza? La cresta neural. Aparecida en el filo de los cordados[99], se trata de una estructura embrionaria transitoria de los vertebrados. Según el principio de la evolución de los genes homeóticos ya descrito, solo después de la duplicación de la familia compleja de los genes Hox apareció la cresta neural y los vertebrados se dotaron de una verdadera cabeza. La cresta neural abrió la vía hacia la invención del cerebro moderno. Al autorizar la formación del telencéfalo[100], conjugada con la acción trófica de las meninges y la constitución de la caja craneal que ofrece una buena protección al encéfalo, la cresta neural desempeñó un papel clave en las innovaciones evolutivas de los vertebrados y en la explosión de su diversidad.

Dado que las células de la cresta neural son pluripotentes (es decir, que si las condiciones del medio lo permiten una célula indiferenciada podrá teóricamente dar todos los tipos celulares producidos por la cresta neural), pueden originar muchos tejidos y órganos diferentes. Ella es la que aporta las células necesarias para los huesos de la cara y de la caja craneal[101], para los sistemas sensoriales, para determinados compuestos de los vasos sanguíneos (las meninges que permiten la vascularización y la protección del sistema nervioso y la pared de los vasos), para las glándulas (tiroides, glomus carotídeo y glándula suprarrenal), para el sistema nervioso central compuesto de cinco abombamientos (que denominamos vesículas embrionarias) y para el sistema nervioso periférico.

Queda claro que la morfogénesis del cerebro está estrechamente asociada con la de la cara de los vertebrados. Este nuevo dispositivo ofrece una abertura considerable al mundo en el que no solo es posible moverse sino también sentir, oír y percibir de cara. La aparición de los huesos de la cara dará a este prototipo de vertebrados una gran boca dispuesta a engullir la primera presa que se le presente de cara, frente a él. El lector habrá comprendido que este depredador que ya no huele a sus presas sino que prefiere devorarlas ¡es nuestro antepasado!

Los datos paleontológicos, combinados con los análisis morfológicos comparados de los vertebrados actuales, muestran que la región anterior del cerebro, fruto del proencéfalo[102], se desarrolló de forma considerable durante la evolución. En los vertebrados, la relación del volumen del cerebro anterior, derivado de todo el telencéfalo, indica un valor que no cesa de crecer desde los peces hasta los mamíferos, pasando por los anfibios, los reptiles y los pájaros. Esta expansión no hubiera sido posible sin la capacidad de proliferación acrecentada de los precursores neuronales situados hacia las partes anteriores de la cresta neural y, sobre todo, sin su aptitud para poder desplazarse en los territorios embrionarios al acabar la proliferación.

MIGRANTES POR LOS CAMINOS

Durante la embriogénesis, las células nerviosas derivadas de la cresta neural se colocan tras abandonar su lugar de origen. Recordemos aquí que todos los animales con simetría bilateral poseen dos tipos de células nerviosas: las neuronas y las células gliales[103]. Las primeras conducen la transmisión nerviosa hacia los músculos, las glándulas, los órganos sensoriales y hacia otras neuronas. Las segundas, al garantizar la formación de una funda de mielina, desempeñan sin embargo un papel importante, que consiste en mantener una velocidad de conducción de la transmisión nerviosa elevada.

Durante la embriogénesis, las neuronas y las células gliales proceden de un mismo tipo celular, los neuroblastos. A partir del ectodermo, los neuroblastos deben migrar recorriendo largas distancias desde la cresta. La tarea no es sencilla si tenemos en cuenta que el cerebro humano comprende decenas de miles de millones de neuronas (de 10¹¹ a 10¹²), repartidas localmente en circuitos.

Las moléculas producidas por el entorno celular y presentes a lo largo de todo el recorrido migratorio permiten la proliferación, la migración y la supervivencia de los neuroblastos. El conjunto de los movimientos de las células de las crestas se lleva a cabo siguiendo una coreografía[104] que empieza hacia delante y termina detrás, es decir, a partir del bosquejo del cerebro hasta las regiones caudales. Ahora bien, esta migración está controlada por los genes homeóticos de tipo Hox. A veces, se invita a los viajeros a detenerse para formar un conglomerado de células que más tarde se convertirá en un ganglio del sistema nervioso periférico. Otros prosiguen su camino, escondidos bajo la piel, para llegar a las extremidades de los dedos y así dotarlas de sensibilidad táctil. Finalmente, otros son impelidos a migrar hacia la superficie de la epidermis donde se transforman en células pigmentarias, los melanocitos, responsables de la pigmentación de la piel y de las plumas en los pájaros, de las escamas en los reptiles o de la de los pelos en los mamíferos.

Al responder a las señales que los neuroblastos encuentran durante su viaje migratorio, algunos emiten unas extensiones denominadas neuritas, antes de transformarse en una verdadera neurona. De esas múltiples neuritas, una sola será el polo emisor de la neurona (el axón) a través del cual podrá ser transmitido el impulso eléctrico, mientras que las demás constituirán el polo receptor (las dendritas) de la neurona. Hay que señalar que el crecimiento del axón no se hace a partir del cuerpo celular, sino más bien a partir de su extremidad distal, el «cono de crecimiento». Bajo la acción de los genes homeóticos, dicho cono estira, por así decirlo, el axón hacia delante, en la dirección de su crecimiento. Si el objetivo esperado no se alcanza, o bien si dicho objetivo no está activo, la misma neurona se destruirá. Por lo tanto la construcción del sistema nervioso está salpicada de cadáveres celulares. Esta facultad de desarrollarse o de morir, según el estado del objetivo, demuestra hasta qué punto la dictadura de los genes «selectores[105]» se halla limitada por la acción del medio para dejar espacio a los mecanismos denominados epigenéticos[106], sobre los cuales volveremos a hablar con más detalle. Como ejemplo de epigénesis, podemos citar el caso de la naturaleza del neurotransmisor producido por las neuronas simpáticas. Estas últimas procedentes de los neuroblastos de la cresta neural no tienen un destino determinado por los genes, sino que dependen más bien del entorno próximo de la célula nerviosa. Esta propiedad es fácilmente comprobable, basta aislar las neuronas simpáticas en una caja de cultivo. Al extirpar células de la cadena simpática situada en la base del cuello, es posible mostrar que los neuroblastos prosiguen de forma natural su programa de diferenciación en neuronas adrenérgicas si las células están aisladas. En cambio, esta diferenciación se orienta hacia un destino distinto, colinérgico, cuando esas mismas células nerviosas se cultivan en presencia de células gliales, de cardiomiocitos o de células del músculo esquelético. Estos experimentos demuestran la gran versatilidad de los precursores neuronales, aptos para cambiar su destino y dispuestos a modificar su contenido químico bajo la influencia del entorno.

El conjunto de estas características muestra la importancia de las interacciones entre las células de la cresta neural y el entorno que encuentran durante su migración para fijar su porvenir. Los precursores del sistema nervioso demuestran ser extremadamente maleables. Independientemente del nivel de su origen a lo largo del neuroeje, estos precursores son capaces de responder a las señales químicas emitidas por los tejidos embrionarios para diferenciase en ganglios, plexo o células endocrinas, dependiendo de su posicionamiento en el embrión. En embriología, tampoco hay nada escrito de antemano.

CÓMO CONSTRUIR UN VERTEBRADO

Las tres láminas embrionarias (el ectodermo, el mesodermo y el endodermo) aparecen muy pronto en su lugar durante las primeras fases del desarrollo del embrión. Después se producen los órganos durante las últimas etapas de la embriogénesis. La organogénesis —la construcción de los órganos— depende estrechamente de funciones celulares muy variadas, desde la proliferación, pasando por la migración y la diferenciación, hasta la muerte celular programada[107].

Todas estas funciones se dan gracias a la intervención de proteínas dentro de la célula o sobre su membrana, o también excretadas al espacio entre células, lo que se denomina matriz extracelular, que ofrece un soporte a las células epiteliales que componen la membrana basal[108]. Los genes que permiten la expresión de estas proteínas clave se denominan arquitectos. Actúan durante las fases finales de la embriogénesis y permiten la combinación de las distintas regiones del cuerpo. Ya que sus funciones son vitales, la actividad de los genes arquitectos está regulada finamente para que los órganos se sitúen perfectamente y se dibujen con gran precisión sus contornos. Para ello, otros genes tienen la misión de acelerar o de eliminar la actividad de los genes arquitectos. Como los reguladores, definidos en sentido muy amplio por François Jacob y Jacques Monod, estos genes que reciben el nombre de selectores actúan en las células adecuadas en el momento preciso y sobre todo de manera coordinada unos con otros, para imprimir su identidad a las distintas regiones del cuerpo.

La existencia de un zootipo neuronal implica que la acción de los genes selectores, de los genes arquitectos y de los genes con homeodominio sea coordinada en el tiempo y en el espacio. De este modo, entrevemos que la función principal de los genes Hox no es únicamente ocuparse de construir el grueso de la obra, sea cuticular (y externo) u óseo (e interno), sino que también deben asegurar la constitución de un sistema de comunicación que permitirá unir las distintas regiones del embrión entre sí. Esta función de comunicación estará garantizada por la constitución del sistema vascular y nervioso. De tal manera que un músculo de una parte precisa del cuerpo será etiquetado, sin ambigüedad, bajo la acción de los genes Hox. Esta marca, esta etiqueta, facilitará ulteriormente su identificación mediante la terminación de un nervio que, en el intento de contactarlo[109], solo tendrá que «leer» la instrucción dejada por el gen Hox para establecer de forma durable una unión estrecha con su objetivo.

En los vertebrados, el embrión se construye progresivamente, ya que las regiones anteriores siempre se forman las primeras, antes de que verdaderos segmentos del cuerpo, los somitas, elementos pares del mesodermo, puedan ser añadidos sucesivamente, de delante hacia atrás, a medida que el embrión se alarga. Estos somitas darán lugar a las vértebras y a los músculos inervados por los nervios raquídeos. De forma concomitante, los genes Hox se expresan progresivamente a medida que se añaden somitas, tanto en el tubo neural como en los somitas. Por lo tanto, no resulta sorprendente constatar que los genes Hox anteriores son los primeros constructores.

En el embrión, la parte más anterior del sistema nervioso de los vertebrados comprende tres vesículas que son, de delante a atrás: el rombencéfalo o cerebro posterior, el mesencéfalo o cerebro intermedio y, finalmente, el prosencéfalo o cerebro anterior. En los mamíferos, nuevas subdivisiones del prosencéfalo han hecho aparecer tres segmentaciones: la vesícula óptica de la que han derivado la retina y el nervio óptico, el diencéfalo que se ha escindido en tálamo dorsal e hipotálamo y el telencéfalo que se ha fraccionado para originar el bulbo olfativo, el córtex cerebral, el telencéfalo basal y los conjuntos de fibras que forman la sustancia blanca, la cápsula interna y el cuerpo calloso. Este último, constituido de ramificaciones nerviosas, desempeña un papel crucial en el funcionamiento cerebral ya que de él depende la comunicación entre ambos hemisferios, derecho e izquierdo, del cerebro. En el capítulo 4 volveremos a hablar de las patologías que acechan al sujeto cuando estas fibras nerviosas que unen ambos hemisferios cerebrales sufren una lesión.

Más allá de la organización en tres vesículas primitivas, es visible una organización segmentaria del embrión humano desde el inicio de la cuarta semana y hasta el final de quinta. Se trata de abombamientos transitorios y estrechos denominados neurómeros. En la quinta semana, se distingue un neurómero telencefálico, cuatro neurómeros diencefálicos, dos neurómeros mesencefálicos y ocho neurómeros rombencefálicos. El rombencéfalo está constituido por la yuxtaposición de unidades repetitivas que se denominan rombómeros. Cada una de dichas unidades posee su propio centro nervioso que se manifiesta por la aglomeración de cuerpos celulares de las neuronas y cuyos axones convergen para formar los grandes nervios craneales. De este modo, los nervios facial (VII) y acústico (VIII) proceden de cuerpos celulares situados en los rombómeros r4 y r5 respectivamente.

Mutaciones en el ratón muestran que los trayectos de las fibras nerviosas procedentes del rombencéfalo permanecen bajo el control rígido de los genes Hox[110]. Un hecho aún más digno de mención es que estos trabajos muestran que la homeosis que afecta a un territorio puede afectar a determinados trayectos nerviosos situados en territorios vecinos. Para interpretar estos resultados que no se ajustan a la teoría, Alain Prochiantz y su equipo del Collège de France han aportado la prueba de que una proteína con homeodominio (Otx2), producida en la retina, es capaz de atravesar varias conexiones sinápticas, con gran selectividad, para penetrar en determinadas células nerviosas (las interneuronas del córtex visual) y llegar a su núcleo, lugar en el que estas proteínas ejercen su poder[111]. Al demostrar que una homeoproteína puede comportarse como una proteína mensajera, capaz de actuar a distancia para ejercer una acción morfogenética, se abre un nuevo ámbito de la biología del desarrollo. Anteriormente hemos descrito hasta qué punto las homeoproteínas son moléculas extremadamente conservadas a través de las especies y qué papel fundamental desempeñan en el curso del desarrollo. Este descubrimiento reciente muestra que estas proteínas mensajeras, producidas también a lo largo de la vida de un sujeto, podrían ser explotadas para favorecer la reparación de determinadas funciones nerviosas alteradas.

Lo que acabamos de ver es cómo se construye en cada individuo esta forma admirable que es el cerebro, desde el estadio embrionario hasta la edad adulta. En el momento más fuerte del desarrollo cerebral, es decir en el estadio comprendido entre las 10 y las 16 semanas después de la concepción, se crean aproximadamente doscientas cincuenta mil neuronas por minuto hasta alcanzar, en el momento del nacimiento, entre veinte y treinta mil millones de neuronas. Además, a partir de los 12 meses, los bebés todavía incapaces de mantener una conversación ya hacen gala de unas facultades cognitivas sorprendentes. Por ejemplo, un equipo de psicólogos marselleses ha mostrado recientemente que los recién nacidos son capaces de manipular estadísticas para prevenir los acontecimientos más probables de su entorno. Recordemos que Jean Piaget había propuesto que las inferencias de esta naturaleza (probabilistas) solo podían realizarse a partir de los siete años (¡la edad de la razón!). Sin embargo, cuando se muestra a bebés de un año vídeos en los que aparecen urnas que contienen objetos de formas y colores variados, pero que pueden saltar de una urna a la otra[112], se observa ya cierta forma de anticipación del lactante. Cuando se oculta bajo una tela una urna que contiene cinco pelotas azules y un cubo rojo, los bebés muestran una gran sorpresa si el cubo rojo salta hacia una urna vecina, pero no ocurre lo mismo si se trata de una pelota azul. Estas experiencias indican que los recién nacidos esperan que surja de la urna una pelota azul, ya que la probabilidad de este acontecimiento es más alta. Aún más sorprendente es que estos bebés son capaces de realizar un análisis probabilista de la situación, considerando no solo las proporciones respectivas de los distintos objetos (pelotas azules frente a cubo rojo), sino también su posición en la urna (al fondo en lugar de en el borde de la urna). Desde las edades más tempranas, los cerebros de nuestros bebés son, pues, capaces de hazañas que tan solo empezamos a entrever. Hacia los seis años, el cerebro representa el 90 % de su tamaño final. Sin embargo, como veremos más adelante, no debemos creer que ya esté todo jugado, más bien al contrario[113].

Esta construcción de la forma es característica de la especie a la que pertenece el animal y es fruto de la historia evolutiva de los seres vivos, jalonada de innovaciones genéticas. A modo de conclusión de este capítulo sobre el cerebro del hombre en evolución, diremos que el cerebro puede compararse con esas obras maestras que son las catedrales: como ellas, permanece inacabado y envejecido sin llegar nunca a alcanzar la madurez; como ellas, es objeto de reparaciones y restauraciones constantes. Y ahora, si el lector lo desea, sigamos al guía, dispuesto a mostrarnos los secretos de esta obra permanente.

2. LA OBRA MAESTRA

Si perdiera mi cerebro, ni me daría cuenta.

Anónimo

Resulta realmente paradójico que durante tanto tiempo este órgano, del que somos inseparables y gracias al cual somos los que somos, haya sido un desconocido para nosotros. En efecto, hubo que esperar hasta el siglo XVIII para comprender su estructura exterior e interior, gracias a la anatomía practicada con los cadáveres disponibles en gran cantidad en los anfiteatros y al progreso de la microscopía. El estudio de las funciones pudo ser abordado por una fisiología libre de prejuicios religiosos, recurriendo a la electricidad y a la anatomía patológica.

La descripción de las etapas clave del desarrollo embrionario, cuestión tratada en el capítulo anterior, muestra que el sistema nervioso de los vertebrados es un verdadero mosaico en el que estructuras antiguas, desde un punto de vista filogenético, conviven con invenciones más recientes. La ilustración de esta paradoja la encontramos en la propia estructura del córtex cerebral que dividimos en dos partes según el origen filogenético: una antigua denominada allocórtex[114] (del griego allos que significa «otro»), que corresponde apenas al 10 % del manto cortical, y la parte más reciente, el neocórtex[115] (del griego neos que significa «nuevo»), que comprende el resto del manto cortical.

Para apreciar las facultades de plasticidad del cerebro adulto, es indispensable tener una idea de conjunto de la estructura y de la disposición topográfica de las distintas regiones del sistema nervioso (central y periférico). En una guía de viaje por el cerebro[116], uno de nosotros se pregunta: «¿Cómo es posible que una catedral de estas dimensiones pueda estar contenida en los 1500 cm³ de un cráneo humano? ¡Menudo misterio! No es sorprendente que el cerebro siga inspirando una especie de asombro sagrado, mezclado a la desconfianza. Su descubrimiento y su exploración son posteriores a los de América. Antes, esta terra incognita era solo materia de especulación y superstición. Casi intocable. Todavía son frecuentes las posturas contrarias a que los niños estudien el cerebro. Se argumenta diciendo que es demasiado complicado. Y, sin embargo, ¿no es irracional negarse a conocer el funcionamiento de un instrumento que nos sirve para actuar, amar, conocer? Es algo así como si fuéramos a Egipto y no visitáramos las pirámides, como si atravesáramos Roma y evitáramos pasar por el Coliseo o fuéramos a Atenas y miráramos hacia otro lado para no ver la Acrópolis. Esto es lo que me ha llevado a proponer una especie de viaje al interior del cerebro».

Visitemos sin más dilación esta catedral en la que se distinguen, además de la división entre sistema nervioso central (la nave de esta catedral) y periférico (sus bóvedas y contrafuertes), dos grandes categorías pertenecientes al sistema periférico: el sistema somático y el otro denominado vegetativo. El primero interviene en la vida de relación del organismo con su medio exterior. De forma permanente, sus nervios transmiten al cerebro información procedente de los distintos captores sensoriales. El segundo interviene en la regulación de las grandes funciones vitales al contribuir al equilibrio de nuestro medio interior gracias a la coordinación de actividades esenciales como la digestión, la circulación sanguínea, la respiración y las secreciones hormonales. Dependiendo de las circunstancias, este sistema desempeña el papel de bombero o de pirómano. La activación de la vía simpática contribuye a preparar el organismo para la acción (física o mental), activando las grandes funciones vitales. Por el contrario, la vía parasimpática permite garantizar la conservación de la energía al ralentizar esas mismas funciones vitales.

Si bien el sistema nervioso periférico se muestra relativamente refractario a las experiencias del sujeto, el sistema nervioso central permanece eminentemente maleable, listo para responder a las lecciones del pasado cambiando de forma para modificar sus funciones. Por otra parte, esta facultad es precisamente la que pone en evidencia lo muy inadecuada que resulta la analogía entre el cerebro y el ordenador[117]. Con cien mil millones de procesadores y miles de billones de conexiones, el cerebro sigue sin tener un equivalente en informática. Tanto si se habla de procesadores como de programas, con demasiada frecuencia se comete el error de querer aplicar, sin ningún reajuste, la metáfora del ordenador al cerebro.

De todos los objetos naturales o artificiales existentes en el universo, el cerebro del hombre sigue siendo el más complejo. Esta complejidad se expresa, por un lado, por la yuxtaposición de territorios muy diferentes cuyas funciones están más o menos bien especificadas[118] y, por otro, por la cantidad de células nerviosas: cien mil millones de neuronas y muchas más células gliales[119]. Conviene añadir a esta complejidad una cantidad significativa de contactos[120] entre las células nerviosas. Una neurona recibe (o es el origen) de aproximadamente diez mil contactos, mediante los cuales intercambia de forma permanente señales eléctricas y químicas con otras células para captar, tratar y almacenar informaciones pertinentes que permitirán la adaptación del sujeto a su entorno.

En base a datos anatómicos y funcionales, esta masa grisácea, que pesa una media de 1400 gramos, comprende dos regiones diferenciadas. La parte más externa del cerebro, la corteza (o córtex) cerebral, es poco sensible a la dictadura de los genes. En cambio, se ve continuamente remodelada por la historia del sujeto. Sus redes de neuronas son inestables, maleables, poco construidas bajo el mandato de los genes, pero muy influenciadas por factores extra e intracorporales que permiten regulaciones denominadas epigenéticas[121]. Al contrario, las regiones más profundas del cerebro —el cerebro basal— reaccionan estructuralmente mucho menos a los estímulos del entorno y a las experiencias diversas del sujeto. Estas regiones permanecen estables, genéticamente especificadas y poseen un origen evolutivo antiguo[122]. De forma abusiva se ha denominado cerebro reptiliano al cerebro basal. Al gestionar la totalidad de las grandes funciones vitales, veremos hasta qué punto los territorios situados bajo el córtex garantizan, a su vez, la adecuación del sujeto a su medio.

Sin embargo, la gran originalidad del cerebro humano es sin duda la diversidad de las formas de sus circuitos nerviosos que cada uno puede cortar a su manera. Actualmente sabemos que, a nivel cortical, un mismo genotipo[123] puede dar lugar a un número elevado de fenotipos[124] o a un mismo fenotipo que la experiencia cambiará bajo la influencia de las regulaciones epigenéticas. Esta dialéctica entre gen y epigénesis muestra hasta qué punto el conjunto de los comportamientos de tipo adaptativo en el adulto depende de los mecanismos de desarrollo.

Ya que el sistema nervioso central es el único que puede integrar y gestionar las informaciones del mundo exterior, la adaptación del organismo al medio cambiante solo puede llevarse a cabo a través de él. Denominaremos a este proceso individuación[125]. Considerar la individuación como el resultado de un proceso cognitivo de tipo adaptativo (percepción, lenguaje, memoria, conciencia, etc.) es lo mismo que admitir que la historia de un sujeto puede inscribirse en el funcionamiento de sus propios circuitos nerviosos. Sin más dilaciones, levantemos la caja craneal que cubre esta máquina hermosa tan dispuesta a cambiar sus componentes para aumentar su eficacia.

EL CEREBRO CORTICAL

¿Cómo conseguir meter en esa estrecha caja craneal los 2,4 m² que mide la superficie extendida de nuestro córtex? El estudio simultáneo de cráneos y cerebros resulta muy instructivo. Indica, como el sentido común nos hacía pensar, que el molde craneal determina la forma de los hemisferios. Dado que el molde aumenta su volumen, podemos decir que el cerebro aumenta su volumen cambiando de forma. Estudios filogenéticos sobre la evolución de la caja craneal muestran que los hemisferios comprimidos en su parte anterior pivotan sobre su eje central[126], atraviesan el túnel óseo craneal primitivo y luego escapan hacia atrás para desarrollarse. Las direcciones de las cisuras de Silvio subrayan, en particular, el movimiento de los lóbulos temporales, que acompaña y sigue paso a paso la basculación occipital[127] tan importante en los homínidos.

Para descubrir el cerebro, basta con quitar la bóveda craneal[128] tras haberla cortado con una sierra y desenganchado las porciones de hueso que se adhieren a una membrana fibrosa denominada duramadre. Esta forma una verdadera concha. Tras cortar el tallo que une el cerebro a la médula, podemos extraerlo de su caja y quitarle las tres meninges, como si peláramos una cebolla. Ahora nuestras manos sostienen ese fruto gordo y rosáceo, con reflejos nacarados, cuya corteza de formas atormentadas se ha zafado durante mucho tiempo de los intentos de descripción de los observadores.

La parte más a la vista, y la más voluminosa, del cerebro está formada por dos hemisferios ovoides. Su cara inferior, irregularmente plana, se apoya en la base del cráneo y cubre hacia atrás el cerebelo, del que está aislado por una especie de hendidura fibrosa. Los hemisferios derecho e izquierdo están separados por una cisura profunda, la cisura longitudinal, pero permanecen unidos gracias a grandes comisuras: la más importante se denomina cuerpo calloso, y es una banda espesa de sustancia blanca que hace de puente entre los dos hemisferios[129]. Esta autopista, que en unas centenas de milisegundos encauza la información de un hemisferio a otro, asegura el carácter indivisible de nuestra conciencia. Si se rompiera, ya no habría un único espíritu, sino dos que deberían aprender a cohabitar en ese mismo cráneo[130].

La superficie de los hemisferios está recorrida por numerosos surcos que delimitan los lóbulos y los giros. Los lóbulos están separados a su vez por otros surcos profundos denominados cisuras. Cada lóbulo presenta un determinado número de giros o circunvoluciones limitados por surcos secundarios. Se distinguen seis lóbulos en cada hemisferio: el lóbulo frontal, el lóbulo parietal, el lóbulo occipital, el lóbulo temporal, el lóbulo insular o ínsula y el cíngulo[131].

El propio córtex está constituido de sustancia gris de 3 a 4 milímetros de espesor. Su histología es compleja y varía de una región a otra. Los cuerpos celulares y las fibras están organizados en capas superpuestas cuya observación microscópica permitió a Korbinian Brodmann diferenciar las distintas regiones que designó con un número. El área 4, por ejemplo, corresponde al córtex motor primario situado en la parte delantera del surco central[132]. En una de sus capas contiene células gigantes llamadas piramidales. Estas dan origen a fibras mielinizadas, es decir, fibras enfundadas en mielina, un aislante graso que contribuye a aumentar la velocidad de conducción de la transmisión nerviosa y a dar su coloración blanca nacarada a la sustancia blanca subcortical. El nacimiento de un impulso eléctrico en el córtex motor primario provoca la contracción de los músculos de la mitad contralateral del cuerpo. Las áreas correspondientes a los distintos músculos se distribuyen en regiones corticales que ofrecen una representación de las partes del cuerpo denominada somatotopía y dibujan una figura grotesca (el homúnculo) con territorios cuyo tamaño es proporcional al grado de inervación de los músculos. Por ejemplo, una mano grande con un pulgar gigantesco, un rostro ancho, una lengua y unos músculos masticadores exagerados; en cambio, el pie y la pierna son delgados y los músculos de las raíces de los miembros y del tronco son mínimos. Existe también un homúnculo sensitivo en la región del lóbulo parietal, frente al surco central. La parte posterior está estrechamente conectada con el lóbulo occipital dedicado a la visión y con el córtex premotor implicado en la acción. En el capítulo 5 presentaremos la extraordinaria capacidad de este homúnculo para redibujarse en caso de accidente como, por ejemplo, la pérdida de un miembro o después de que se haya injertado una mano.

Además de esta organización horizontal en la que las capas se superponen unas a otras, a la manera de un milhojas, las conexiones nerviosas del córtex se combinan en forma de columnas. Esta disposición vertical ofrece capacidades funcionales complementarias a nivel de las áreas motrices, sensitivas y sensoriales. En efecto, estas columnas se comportan como verdaderos módulos de tratamiento interpuestos entre la entrada y la salida de la señal de información[133].

En el plano funcional, el lóbulo frontal desempeña un papel importante en el comportamiento del individuo, sobre todo en la planificación y el control de sus movimientos y de su capacidad de sociabilización. El lóbulo parietal gestiona la representación y la exploración del espacio en el cerebro. Esta facultad le permite garantizar el control del gesto y un buen conocimiento del cuerpo en las tres dimensiones gracias a la recepción de las informaciones cutáneas (tacto, temperatura y dolor).

Situado debajo del córtex parietal, el lóbulo temporal es la sede de la integración de varias modalidades sensoriales como el gusto, el olfato y el oído. Garantiza también la comprensión del significado de las palabras y la memoria visual. Finalmente, situado en el polo más posterior del hemisferio, el córtex occipital descodifica la información visual. Precisamente en esta región se analizan las formas, colores y movimientos.

Veremos en el capítulo siguiente que cada individuo, debido a la sensibilidad extrema que presentan las áreas corticales a la experiencia adquirida, percibe su entorno a su manera. Gracias a la existencia de estas reorganizaciones, cada uno puede construir su personalidad bajo la doble influencia de su historia (ontogénesis) y de la de la especie (filogénesis). Estas dos formas de presión evolutiva se combinarán con la acción cultural fruto de la interacción con otros individuos, para permitir al ser humano existir en cuanto que ser vivo, único y libre.

Las vías nerviosas que se proyectan sobre el córtex o las que salen de él pasan a través del plano medial para conectar cada hemisferio a la mitad opuesta (contralateral) del cuerpo. Este fenómeno anatómico de cruzamiento de las fibras nerviosas (o decusación) se conoce desde hace mucho tiempo. El propio Hipócrates ya había observado que una herida infligida en el lado izquierdo de la cabeza provocaba convulsiones en la parte derecha del cuerpo herido. El valor adaptativo de estos cruzamientos sigue siendo un enigma para los científicos. El córtex derecho garantiza los movimientos y la sensibilidad de la mitad izquierda del cuerpo y la visión de la mitad izquierda del espacio; el córtex izquierdo controla la mitad derecha del cuerpo y la mitad derecha del campo visual. Sin embargo, la separación y el cruzamiento de las vías nerviosas no son siempre proporcionales cuando se trata de las proyecciones cerebrales. Determinadas funciones se califican de «lateralizadas» cuando ambos hemisferios no reciben la misma cantidad de información, se dice entonces que un lado es dominante en relación con el otro. Por ejemplo, en un diestro el lenguaje está controlado por el hemisferio izquierdo y en un zurdo por el derecho. Pero aquí nada está fijado. Si un diestro pierde la mano derecha, el hemisferio derecho (conectado a la mano izquierda que sigue siendo funcional) será el que tome el relevo. Está claro que las etiquetas políticas no pueden utilizarse cuando se trata de la ciencia del cerebro.

¿QUÉ HAY DENTRO DE UNA NUEZ?

El cerebro subcortical contiene formaciones celulares «grises». Se trata de los núcleos grises centrales (núcleo caudado, putamen y pálido; el núcleo subtalámico y una pequeña masa gris diferenciada de la capa cortical situada en la circunvolución del hipocampo, el núcleo amigdalino).

El diencéfalo corresponde a la parte mediana y profunda del cerebro. A un lado, el tálamo, y en el suelo, el hipotálamo.

El tálamo (del griego «habitación interior») es un verdadero portal que controla las entradas al córtex. Todas las aferencias sensoriales (con la excepción notable de las aferencias olfativas) transitan por el tálamo antes de alcanzar las áreas receptoras de los córtex sensoriales. De forma sorprendente, cada una de las modalidades sensoriales posee su propia conexión, su buzón, en el tálamo. Por ejemplo, el cuerpo geniculado medial del tálamo recibe las informaciones procedentes del oído interno para transmitirlas con rigor al córtex auditivo, mientras que la parte lateral del cuerpo geniculado recibe informaciones procedentes de la retina y envía axones hacia el córtex visual. La mayoría de los modelos neurobiológicos de la conciencia hacen énfasis en la actividad de los haces que unen el tálamo al córtex (bucles talamocorticales[134]).

Si bien la mayoría de las informaciones recibidas por el tálamo proceden de los sistemas sensoriales, hay que señalar también que conecta otras actividades nerviosas como aquellas procedentes del cerebelo, de los ganglios basales o de los lóbulos temporales, ya que todos ellos establecen con el tálamo conexiones recíprocas. Señalemos también que los núcleos de las conexiones sensoriales del tálamo no solo envían fibras hacia el córtex, sino que también reciben a cambio proyecciones potentes descendientes de las áreas corticales. Por ejemplo, las proyecciones corticotalámicas retroactivas controlan la actividad del tálamo desde el núcleo reticular talámico. Esta regulación es posible gracias a las neuronas reticulares que producen una fuerte inhibición de las salidas talámicas enviadas al córtex. Mediante este filtraje, el flujo de informaciones sensoriales alcanzará o no la diana cortical, dando lugar, o no, a una experiencia consciente[135].

Bajo el tálamo, el visitante encontrará el hipotálamo que agrupa todas las regulaciones viscerales que intervienen en la homeostasis del medio interior. Aquí es donde se gestionan nuestras necesidades y nuestros deseos, nuestros placeres y nuestros sufrimientos. Esta región, verdadera central vegetativa, desempeña un papel fundamental en la integración de las funciones somáticas, autónomas y endocrinas, ya que el hipotálamo recibe informaciones procedentes de todas las vísceras y contesta directamente a los cambios del medio interior. Por ejemplo, se ha alcanzado una mejor comprensión de la regulación de la masa de grasa a largo plazo, gracias al descubrimiento de una hormona, la leptina, secretada por las células grasas y que se dirige directamente al hipotálamo para frenar la ingesta alimentaria.

El hipotálamo —verdadera bodega en la que se almacenan todos los objetos de nuestros deseos— tiene también la posibilidad de actuar sobre el resto del organismo, gracias a los sistemas endocrino y nervioso vegetativo cuya actividad controla. Mientras que una extensión de la pared inferior del hipotálamo (la hipófisis posterior) libera dos hormonas importantes, la oxitocina y la vasopresina, implicadas en las regulaciones de la lactancia, el parto y la presión sanguínea, otras regiones hipotalámicas controlan las secreciones de la glándula pituitaria (o hipófisis anterior). El hipotálamo contribuye de hecho a una representación central del cuerpo al mantener un registro corriente del estado del individuo según tres parámetros: corporal, extracorpóreo y temporal, a través del cual este despliega su subjetividad[136]. Volveremos a hablar del grado de flexibilidad de esta estructura cuando tratemos de las funciones de ajuste del afecto.

Otras regiones nerviosas situadas debajo del córtex comprenden, además del diencéfalo, el sistema límbico, los ganglios basales y el tronco cerebral. Estas regiones se caracterizan por la presencia de neuronas que ya no están colocadas en forma de capas como en el córtex, sino que se agrupan formando núcleos de un tamaño más o menos importante. Algunos son gruesos como los núcleos grises centrales escondidos en la profundidad de cada hemisferio, o la amígdala, estructura par situada dentro de los dos lóbulos temporales. Otros son más pequeños y forman conjuntos de color como la sustancia negra o el locus cœruleus (el centro azul), ambos situados en el tronco cerebral.

Por supuesto, como cualquier clasificación, esta división del cerebro de los mamíferos, en córtex y en regiones subcorticales, tiene sus límites. Si bien da buena cuenta de las observaciones anatómicas, no siempre corresponde a una realidad funcional. El sistema límbico, por ejemplo, comprende a la vez territorios corticales y subcorticales. Debemos constatar que los circuitos nerviosos no siempre reconocen las fronteras colocadas de forma arbitraria por los científicos, preocupados más bien por dejar su nombre a un territorio del sistema nervioso y así asegurarse la posteridad.

El cerebro, con sus dos hemisferios, se apoya sobre el tronco cerebral que se prolonga en la médula espinal. Esta está recorrida por vías descendentes que transportan los impulsos eléctricos del cerebro a las neuronas motrices y vías ascendentes que encauzan las informaciones sensoriales procedentes del cuerpo y del mundo exterior.

Los núcleos del tronco cerebral ocupan el espacio dejado libre por los haces de fibras que van y vienen entre el cerebro y el resto del cuerpo. Estos núcleos participan en las grandes funciones vegetativas y permiten la integración de las señales corporales. Sobre todo se ocupan de las señales visuales y motrices, de las funciones de equilibrio y audición, de la sensibilidad y el control motor de la cara, de la boca, de la garganta, del sistema respiratorio y, finalmente, del corazón.

Las estructuras del tronco cerebral y el conjunto de las regiones profundas mediales del cerebro intervienen de forma compleja en lo que se denomina los estados diferentes de conciencia: conciencia mínima, sueño, fase onírica, vigilia y atención. Las lesiones que se producen en esta región provocan patologías neurológicas muy diversificadas como el coma profundo o bien un estado en el cual el sujeto pierde totalmente el uso de los músculos, conserva intacta la conciencia del mundo y se convierte en prisionero de su propio cuerpo. En el capítulo siguiente hablaremos de un caso que se hizo famoso, el del autor que escribió la obra autobiográfica La escafandra y la mariposa tras sufrir un accidente vascular cerebral (AVC) en el tronco cerebral.

Esta visita exprés al tronco cerebral nos conduce a la formación reticulada, que es a la vez un sistema de integración de informaciones convergentes de los haces ascendentes y de activación divergente que garantiza el mantenimiento en estado de alerta de todo el cerebro. Por lo tanto este sistema es el encargado de «poner bajo tensión» al conjunto del córtex cerebral para que la percepción, la acción voluntaria, es decir el pensamiento, puedan ejercitarse de forma óptima. En resumen, esta formación es importante para gestionar los procesos de atención e interviene en la gestión de los ciclos vigilia/sueño. Su contribución a la homeostasis[137] del medio interior está garantizada gracias a los numerosos subsistemas organizados jerárquicamente en el tronco cerebral. Finalmente, observemos que la asociación de la formación reticulada con los cuerpos estriados constituye el sustrato anatómico de los comportamientos adaptativos más importantes del individuo y de la especie y sobre ellos volveremos a hablar más extensamente en los capítulos siguientes.

Tras esta visita, tenemos que detenernos ahora en los ganglios basales (denominados también núcleos grises centrales). Se trata de un conjunto de núcleos cerebrales que se sitúa en la base del telencéfalo, bajo las regiones anteriores de los ventrículos laterales. Comprenden tres subdivisiones: el globo pálido, el núcleo caudado y el putamen. El núcleo caudado y el putamen constituyen lo que se suele denominar neoestriado ya que estas dos estructuras son filogenéticamente las más recientes. Junto con el globo pálido (o paleoestriado), constituyen el estriado. Estas estructuras tienen una relación con el aprendizaje, en concreto para las tareas motrices (memoria denominada procedimental). Cuando aprendemos a montar en bicicleta, las capacidades de aprendizaje de los ganglios basales nos permiten progresar rápidamente y convertirnos en expertos ciclistas.

La función de los ganglios basales en la iniciación y el desarrollo de la orden motriz está claramente ilustrada en casos de deterioro por la enfermedad de Parkinson. Los sujetos tienen grandes dificultades para poder iniciar los movimientos, y los ejecutan con la lentitud y los temblores que caracterizan dicha enfermedad.

Mientras que la parte dorsal del estriado está más bien relacionada con las funciones estrictamente motrices, la región ventral está íntimamente asociada al afecto. Esta última recibe fibras dopaminérgicas en relación con los sistemas deseantes que oscilan entre deseo y aversión para conducirnos hacia estados afectivos que denominamos placer o sufrimiento.

Durante mucho tiempo se pensó que el placer estaba relacionado con el valor utilitario de los comportamientos. Actualmente esta tendencia está anticuada y ha dejado paso a una biología que disocia placer y satisfacción de la necesidad. Este cambio de pensamiento se debe, una vez más, a la noción del cerebro flexible y plástico. Esta visión nueva se basa, entre otras cosas, en los resultados de experimentos de autoestimulación[138] que revelan el carácter dinámico del funcionamiento de los circuitos nerviosos. Estos experimentos consisten en introducir electrodos en el cerebro de una rata para permitir que el animal estimule ciertas regiones de su cerebro. A partir de la primera salva de estímulos eléctricos obtenidos al presionar sobre una palanca, el animal no deja de presionar la palanca hasta varios centenares de veces cada hora, hasta llegar a desatender funciones fundamentales como son beber o alimentarse. Por lo tanto, el animal se convierte en un verdadero «esclavo» de su propio comportamiento, que conlleva una dependencia que es la traducción en un comportamiento de un mecanismo neurológico denominado adicción[139]. Ahora bien, las observaciones de las propiedades de los circuitos que han recibido esas salvas de estimulación, muestran cambios radicales de forma y función a todos los niveles de organización, estudiados por los investigadores —receptores con neurotransmisores, contactos sinápticos, neuronas y circuitos, y esto incluso durante un tiempo largo[140].

En este contexto de fuerte plasticidad neuronal, la región cerebral implicada corresponde a la trayectoria de las vías que emanan del tronco cerebral en el que se sintetiza la dopamina que luego libera el núcleo accumbens (o estriado basal) conectado al córtex frontal. La concha de este núcleo gestiona nuestras emociones de acuerdo con sus conexiones con la amígdala y el sistema límbico. En cambio, ya que la parte central (denominada núcleo) está implicada en el control motor, el núcleo accumbens se comporta como una interfaz importante entre deseo y acción. Al detectar las cantidades de dopamina liberada y al regular el contacto selectivo del cerebro con el mundo exterior, esta región cerebral desempeña un papel vital en la gestión de nuestros afectos.

El deseo es ante todo un deseo de recompensa unido a la carencia; el placer está unido a la satisfacción de este último. Expresa una necesidad vital del cuerpo que requiere reaprovisionarse: agua, elementos nutritivos y energía necesaria para mantener la vida. La finalidad del deseo sería por lo tanto el placer, y la elección del comportamiento adoptado estaría dictada por el placer que procura. Sin embargo, esta definición no puede erigirse en regla general. Es posible que la autoestimulación pueda activar en paralelo, y no de forma seriada, deseo y placer. En este caso, el deseo no siempre estaría ligado a la necesidad y el placer no sería fruto forzosamente de la satisfacción de esta misma necesidad. La activación simultánea de la pareja deseo-placer explicaría el carácter insaciable de la autoestimulación y sobre todo el aspecto «gratuito» del placer que se observa de vez en cuando. El análisis pormenorizado del efecto psicoestimulante de las drogas llamadas de recompensa (cocaína o anfetaminas por ejemplo) permite diferenciar dos categorías de comportamientos: los que dependen de la motivación (están unidos al deseo), y los que causan el placer asociado al consumo de la droga. El primero es del orden del deseo puro (wanting en inglés), y depende de una sustancia química producida por nuestro cerebro: la dopamina. El segundo (liking en inglés), ligado al consumo y a la satisfacción de una necesidad, depende de las vías que liberan otra sustancia química: las endorfinas. Estos dos sistemas de neuromediadores funcionan de forma sinérgica. El sistema dopaminérgico que depende del deseo está fuertemente asociado a las características del objeto deseado, se encarga del aspecto apetitivo de determinados comportamientos[141]. El segundo, de naturaleza opiácea, está ligado al consumo y a las consecuencias fisiológicas y metabólicas de la satisfacción de la necesidad (comportamiento consumidor).

Finalmente, señalemos que toda situación responsable de un estado afectivo particular, por ejemplo placentero, crea paralelamente un proceso inverso (desagradable en este caso). Este mecanismo, que se denomina de procesos oponentes, se basa en el equilibrio homeostático propuesto por Claude Bernard, y retomado más tarde por Walter Cannon que hablaba entonces de «sabiduría del cuerpo», para tener en cuenta las influencias del medio interior y del entorno[142]. Recordaremos aquí que la teoría de los procesos oponentes fue enunciada inicialmente en 1974[143] por Richard L. Solomon, de la Universidad de Pennsylvania, y John D. Corbit, de la Universidad de Brown, para explicar un determinado número de fenómenos emocionales especialmente intrigantes. Las explicaciones dadas por ambos investigadores permiten comprender las modificaciones emocionales fuertes que se producen según un transcurso temporal específico de la situación. Por ejemplo, Solomon y Corbit citan el caso de los paracaidistas que experimentan, de forma mayoritaria, un terror intenso en su primer salto, pero que tras realizarlo sienten otra emoción, de igual intensidad, que les produce bienestar, incluso éxtasis. El caso de los amantes cuyo encuentro va acompañado de una gran pasión y que, en cuanto el ser amado se ausenta, se hunden en la tristeza, ilustra otra situación en la que la felicidad precede al sufrimiento. Estos dos ejemplos muestran que existe no solo una temporalidad para las respuestas afectivas, sino también y sobre todo que la polaridad se invierte radicalmente. Este proceso inverso que nace como reacción contraria se desarrollará con un retraso y persistirá más allá del final del estímulo. Este desfase entre el proceso de reacción y el de contrarreacción origina un efecto de rebote. Es también el famoso estado de «bienestar» que busca el atleta de maratón cuando cruza la línea de llegada con el cuerpo maltrecho por los muchos dolores que se ha infligido durante el esfuerzo prolongado. Este componente tardío aumenta con la repetición de los estímulos y tiende progresivamente a desdibujar el proceso primario del que procede. Entonces son necesarios estímulos que vayan aumentando ya que el sujeto se ha vuelto tolerante mientras el efecto secundario crece con el sufrimiento[144]. Así pues, nos damos cuenta de que el carácter maleable del cerebro adulto no siempre conduce al paraíso, sino todo lo contrario.

LOS LIMBOS DEL ESPÍRITU

Según MacLean (1958), teórico de un cerebro compuesto por tres regiones a partir de criterios evolutivos, el sistema límbico corresponde al cerebro paleomamífero; en él tienen su sede las motivaciones y emociones. Es capaz de responder a una información presente tras comparar con el registro de las informaciones pasadas. Esta estructura profunda interviene en el tratamiento emocional, el aprendizaje y la memoria.

El propio sistema límbico está constituido por la asociación compleja de varios centros nerviosos y de sus vías de comunicación que bordean (borde en latín se dice limbus) el tronco cerebral. Este sistema que está situado en la base del córtex cerebral forma parte de un conjunto denominado gran lóbulo límbico por Paul Broca (1878). Dos estructuras nerviosas pares y simétricas, situadas en las regiones mediales del cerebro, constituyen el núcleo de los procesos emocionales: el hipocampo y la amígdala. El primero se encarga de la gestión del territorio y de los mapas relacionales del sujeto con el mundo. También está fuertemente implicado en la formación de los recuerdos. Por ello, el hipocampo sigue siendo el modelo predilecto de los investigadores que buscan respuestas biológicas al gran misterio que constituye la memoria. La segunda reunión, la amígdala, está escondida en las profundidades de cada lóbulo temporal. Sirve para reconocer las emociones y, sobre todo, el miedo reflejado en el rostro del otro, para expresarlo y establecer asociaciones para situaciones que en sí no poseen ninguna congruencia. Gracias a estas estructuras, el sujeto aprende a asociar el placer o el sufrimiento a un objeto o a una situación determinada y a evaluar la intensidad y la valencia (hedónica o aversiva) de un estímulo.

El hipocampo, denominado así por su forma que recuerda la del caballito de mar, recibe entradas procedentes de prácticamente todas las regiones del córtex cerebral que circulan a lo largo de una secuencia de tres contactos sucesivos. Tal como señalan los datos anatómicos, el hipocampo funciona en bucle, como las puertas giratorias de los grandes hoteles por las que se entra y se sale. Su papel puede resumirse al de un comparador entre el estado del mundo y su valor afectivo. La ronda de los flujos nerviosos en los circuitos del hipocampo se realiza de manera rítmica por periodos de 10 a 200 milisegundos (es decir de 50 a 100 hercios). Esta actividad eléctrica de naturaleza oscilante parece desempeñar un papel importante en la formación de los recuerdos; presente en el transcurso de un aprendizaje, reaparece con mucha fuerza durante los sueños, ilustrando así el lazo de unión probable que asocia memoria y sueño. Teniendo en cuenta las interconexiones con el córtex cingulado y los cuerpos mamilares, el hipocampo desempeña también un papel importante en los tratamientos emocionales de la memoria.

El apetito, los comportamientos sexuales (y de consumo en general) y las estrategias de defensa establecidas a lo largo de la evolución dependen de interacciones entre el sistema límbico y el tronco cerebral. Se trata de un sistema de valores que está unido a una gran cantidad de órganos internos, al sistema endocrino y neurovegetativo. Este conjunto regula, de forma autónoma, los ritmos cardiacos y respiratorios, la transpiración, las funciones digestivas, así como los ciclos corporales asociados al sueño y a la actividad sexual. Los circuitos del conjunto, tronco cerebral-sistema límbico, forman bucles retroactivos con un tiempo de reacción relativamente lento (de unos segundos a varios meses) y desprovistos de precisión topográfica (ausencia de plano funcional). Estos bucles han sido seleccionados intentando privilegiar las necesidades internas del organismo, pero no para ajustarse a las múltiples señales que proceden del mundo exterior. Aparecieron precozmente a lo largo de la evolución para garantizar las necesidades más fundamentales del organismo en un entorno constantemente cambiante.

La amígdala, denominada de este modo por alusión a su forma de almendra, constituye el centro de la acción. Está colocada en la parte interna del lóbulo temporal para mantener una relación doble con el hipotálamo: una relación directa, gracias a múltiples conexiones, pero también indirecta a través de las estrías terminales. La activación de la amígdala produce efectos mixtos según la componente simpática y parasimpática del sistema nervioso vegetativo que se verá involucrada. A la inversa, su ablación, como la de la mayoría de las estructuras límbicas, reduce el miedo y la ansiedad. La subdivisión de la amígdala propuesta por Brodal en 1881, entre los grupos medial-cortical y baso-lateral, resulta esencial ya que confirma las distintas observaciones realizadas a partir de estimulaciones o ablación de estas regiones.

En resumen, el sistema límbico comprende dos componentes responsables de los efectos placenteros o desagradables. Los núcleos del área septal, el haz cerebral medial y el hipotálamo pueden producir afectos agradables y las emociones, que van asociadas a ellos, a menudo poseen una connotación sexual fuerte. A la inversa, la activación de la amígdala y de sus eferencias, en parte por las estrías terminales, produce reacciones de rechazo y de asco. Una hiperactividad en la amígdala puede tener en un sujeto consecuencias sociales y económicas desastrosas; contribuye, por ejemplo, a formar un futuro delincuente con tendencias homicidas.

Las consecuencias de las lesiones en la amígdala prueban la importancia de esta estructura profunda. Cuando la amigdalectomía todavía se practicaba en sujetos epilépticos, se observó una disminución severa de las reacciones de miedo y agresividad, con una incapacidad casi total de atribuir un significado afectivo a los mensajes sensoriales. Estos individuos, sin corazón, muestran indiferencia ante fotografías con una gran carga de contenido emocional (por ejemplo, cuerpos desmembrados). La medicina también ha estudiado el caso de personas que sufren el síndrome de Urbarch-Wiethe. Se trata de una enfermedad genética rara, caracterizada por una calcificación de la amígdala. Una vez más, en este caso, los sujetos son incapaces de reconocer la tristeza o el miedo reflejados en los rostros humanos. Acarician la tarántula más gigantesca que se les pueda mostrar, cogen serpientes grandes, vivas por supuesto, sin jamás sentir miedo alguno.

Hasta ahora, para describir el origen de los afectos, nos hemos limitado voluntariamente a una descripción, más bien breve, de las regiones subcorticales y, en concreto, al funcionamiento del sistema límbico y de las estructuras conectadas a él. Sin embargo, es necesario ahora subrayar también la importancia de la dimensión cognitiva y de la relación que une el afecto a la conciencia. Para ello, sigamos al guía para llegar hasta la nave de esta magnífica catedral.

EL VERTEBRADO: ¡UN ANIMAL LIBERADO!

Al contrario que el invertebrado, la construcción del cuerpo de un vertebrado se libera muy rápidamente del patrimonio genético que hereda de sus progenitores. A partir de las primeras etapas de la embriogénesis, se pone en marcha la epigénesis. El individuo puede entonces construirse de manera totalmente diferenciada, en función de lo que sucederá a partir del estadio del huevo para formar, en el estadio final, un ser único. Dicho de otra forma, la construcción del sujeto está históricamente fundada para escapar a la dictadura de los genes. En los vertebrados, existe por supuesto un proyecto que debe ser respetado, pero la construcción se libera de los planos del gran arquitecto. El animal libre puede entonces afirmar su presencia en el mundo.

En los invertebrados, como los insectos por ejemplo, a pesar de que sus capacidades cognitivas y sensoriales están extremadamente desarrolladas, hasta el punto de que son capaces de detectar y discriminar paletas de matices o perfumes exquisitos, todos inaccesibles a la percepción humana, estas tareas se realizan sin dejar lugar a la improvisación. La ausencia de plasticidad del sistema nervioso de los insectos, dotados sin embargo de automatismos eficaces, los hace incapaces de extraer reglas que no pertenezcan al registro de la especie. Resumiendo, su ingenio tiene límites. No obstante, algunos invertebrados a veces son capaces de llevar a cabo cierto aprendizaje. El nematodo Caenorhabditis elegans, modelo muy apreciado por los neurobiólogos para el estudio de la plasticidad del comportamiento, es capaz de memorizar olores asociados al alimento o a un castigo. El caracol de mar, la aplysia, constituye otro ejemplo que se ha hecho famoso entre los neurofisiólogos desde que Eric Kandel, en la Universidad de Columbia, Nueva York, mostrara la gran flexibilidad de los circuitos nerviosos de este animal cuando realiza una tarea de aprendizaje.

Entre los vertebrados, el sistema nervioso toma la forma global que conocemos: un tubo protegido por una columna vertebral terminada en la parte anterior en tres abultamientos principales protegidos a su vez por la caja craneal. Tal como ya hemos entrevisto, la aparición de la cresta neural ofrece no solo la posibilidad de armonizar las funciones del organismo mediante el sistema nervioso periférico, sino también una mayor capacidad para adaptarse al mundo exterior, gracias al agrupamiento en la parte anterior de los circuitos nerviosos. El sistema nervioso periférico puede, por ejemplo, adaptar el calor corporal del organismo, en función de la temperatura externa, gracias a la inervación de los vasos sanguíneos que se dilatan o contraen según el efecto perseguido. Los animales poiquilotermos (o de «sangre fría») pueden entonces dejar espacio a los seres homeotermos que demuestran ser capaces de mantener constante su temperatura corporal. En el hombre, este mismo sistema se convierte en patrimonio de la comunicación entre sujetos, demostrando el afecto de un individuo, pálido de miedo o rojo de ira. Las grandes funciones de comunicación se han visto privilegiadas por la emergencia de la cresta neural, tanto si se trata de intercambios de información entre los órganos, como entre el individuo y su medio y sobre todo entre los propios individuos. Para el vertebrado, la confrontación con el Otro adquiere todo su significado con la emergencia de la cabeza.

Sin embargo, la invención de la cresta neural no va acompañada únicamente de una libertad mayor en los vertebrados. Esta libertad tiene un precio. Con la cresta neural aparecen también los sistemas de recompensa y castigo. Estos sistemas que se encuentran en el origen del placer y del sufrimiento, de los refuerzos positivos y de los refuerzos negativos, van a acompañar y dirigir los comportamientos que permitirán el acercamiento o la huida, según las condiciones y el estado afectivo del sujeto. Mientras que los invertebrados se muestran generalmente incapaces de sentir emoción, los vertebrados sienten las relaciones de su cuerpo con el mundo gracias a su cerebro. Una especie de libertad (cierto juego en el determinismo de las acciones) parece, pues, regular los comportamientos humanos a partir de los sistemas de afecto. Más en concreto, lo humano se caracteriza por la existencia de un estado intersubjetivo, el estado central fluctuante. Este estado es como una partitura para tres, interpretada por el cuerpo —con las hormonas, el sistema nervioso, el sistema inmunitario—, el mundo en el que se despliega el cuerpo —el mundo que el cuerpo percibe y con el que interactúa— y luego la dimensión temporal —todo este pasado que arrastramos con los genes de la especie y nuestra historia personal—. En resumen, entre los vertebrados, ningún individuo tiene el mismo pasado, la misma dimensión temporal, ni siquiera si el bagaje genético es parecido. El vertebrado puede exclamar por fin: ¡viva la diferencia!

3. EL TALLER DEL CEREBRO

Vivir significa alejar sin cesar algo que quiere morir.

FRIEDRICH WILHELM NIETZSCHE,
La gaya ciencia, 1887

La conservación de la vida sobre la Tierra es tan exigente como la de la energía: al igual que esta, la vida se degrada permanentemente y cada organismo vivo está destinado a hundirse de forma inevitable en el caos. La vida entonces solo es posible gracias a instrumentos de reparación, restauración y reconstrucción de los órganos degradados, hasta el cierre del taller por fallecimiento. Muchos invertebrados son capaces de regenerar totalmente un miembro o un órgano perdido, incluido su sistema nervioso. Aquellos animales llamados superiores, en concreto el hombre, parecen haber perdido esta sorprendente facultad. En cambio, disponen de muchos medios para poner remedio que permiten suplir determinadas insuficiencias, al menos parcialmente.

Si esta recuperación es posible, esto se debe a que, contrariamente a lo que se ha creído durante mucho tiempo, la construcción del cerebro, incluso en la edad adulta, jamás se completa totalmente. Por otra parte, ¿se finalizará algún día? La gran innovación de los vertebrados es haber conservado un sistema nervioso capaz de conservar propiedades embrionarias, incluso en el adulto. Gracias a esta forma extendida de ontogénesis, la plasticidad del organismo puede ejercer sus poderes favoreciendo los cambios de forma de las neuronas, facilitando la sustitución de los contactos nerviosos o también permitiendo la adición y la eliminación de determinadas neuronas. La dinámica conservada de los circuitos nerviosos permite a los procesos de adaptación expresarse a nivel del individuo y no a través de la selección de clones, como sucede en los invertebrados.

El capítulo anterior podía sugerir al lector un cerebro con una estructura y un funcionamiento fijos. No es el caso. La catedral cobra vida y evoluciona. Así pues, lo que vamos a presentar ahora es un cerebro en movimiento.

LA REGENERACIÓN DE LOS TEJIDOS

La facultad que posee un ente vivo (células, tejidos, órgano, organismo, ecosistema, etc.) para reconstituirse tras la amputación o destrucción de una de sus partes se denomina regeneración. La restauración del órgano perdido no es solo estructural; su objetivo es también cubrir las capacidades funcionales, de forma parcial o total. Pertenece al arsenal de la neuroplasticidad adulta cuando atañe al sistema nervioso y desempeña un papel importante en el funcionamiento óptimo del sistema nervioso. Recientemente destacada en los espectáculos mediáticos de carácter científico, la existencia en el adulto de zonas proliferantes de las que nacen de forma permanente nuevas neuronas ilustra un caso extremo de regeneración sobre el que volveremos a hablar más adelante.

La aptitud compartida por determinados animales para regenerar una parte de los miembros constituye en sí misma un fenómeno fascinante para el estudio[145]. Resulta aún más sorprendente la capacidad de poder reconstruir un sistema nervioso dañado. A partir del descubrimiento fortuito realizado por Abraham Trembley en 1740, que observó que la hidra de agua dulce podía desdoblarse, tras ser cortada en dos, y regenerar todo su cuerpo o parte del mismo, se pusieron las primeras bases de una disciplina que más tarde se denominó medicina regenerativa.

El joven Abraham, destinado por sus progenitores a ser pastor, se opuso a este destino espiritual e inició una brillante carrera científica, primero en matemáticas y luego en ciencias naturales. Cuando todavía era un aprendiz de científico, descubrió en un agua turbia unas hidras y se planteó la cuestión de si clasificar dichos organismos en el reino animal o en el vegetal. En aquella época, para resolver este dilema, se solía cortar en dos el organismo desconocido, como lo hiciera el rey Salomón intentando conocer la verdad. Si el organismo era incapaz de sobrevivir tras la escisión, se concluía que se trataba de un animal. La gran sorpresa fue comprobar que las dos partes aisladas no solo no morían, sino que a partir de una única hidra era posible obtener hasta cincuenta ejemplares, tal como demostró Trembley.

Por desgracia, el hombre no ha heredado totalmente los mismos poderes. Desde hace tiempo, los científicos intentan comprender el origen de este misterio. Desde entonces se han propuesto dos hipótesis. Una de ellas sugiere que existió un antepasado de los metazoarios capaz de regenerarse y que después, durante la evolución de las especies, dicha facultad desapareció (propiedad vestigial). La hipótesis alternativa estipula que dicha facultad no existía en el antepasado de los metazoarios sino que apareció, bajo distintas formas, durante la evolución (propiedad emergente). Según esta hipótesis, la regeneración sería un rasgo adaptativo importante que la selección natural habría conservado.

Las investigaciones llevadas a cabo para confirmar o refutar una de estas dos hipótesis todavía no han sido completadas. Actualmente se sabe que la médula espinal puede regenerarse tras la amputación de la cola en los anamniotas acuáticos (peces y anfibios) y en los reptiles. Los estudios realizados en los peces muestran también una gran aptitud del cerebro para regenerarse. En cambio, la aptitud para autorrepararse es menos frecuente en los pájaros y muy rara en los mamíferos. Estas observaciones parecen sostener la tesis vestigial según la cual la capacidad de regeneración está bloqueada, reducida o bien se ha perdido, en el curso de la evolución de las especies. Por supuesto, el significado de todos estos datos experimentales exige una mirada crítica. En concreto, no debemos olvidar que el potencial de recuperación de una función nerviosa depende de la región concernida, pero también del contexto en el que aparece la lesión.

Cuando se intenta evidenciar las facultades de reparación del tejido nervioso, la edad del sujeto también es un parámetro importante a tener en cuenta. Los anfibios, los pájaros y los mamíferos muestran todos una recuperación parcial de una lesión de su médula espinal respectivamente en los estadios larvarios y embrionarios. En cambio, estos animales pierden dicha aptitud al alcanzar la edad adulta. Aunque el potencial siga estando ahí, sobre todo gracias a la presencia de verdaderas células madre neuronales localizadas en centros nerviosos, parece ser que quien determina en gran medida la expresión de las facultades regeneradoras de los tejidos adultos es el entorno tisular. En resumen, la pérdida de la capacidad para hacer persistir, en el adulto, caracteres físicos infantiles (rasgo que se denomina pedomorfismo) sería responsable de la escasez de procesos de regeneración en los vertebrados superiores. Dado que las capacidades regeneradoras de la rana, del pollo o de un roedor dependen de un estadio particular, es probable que se trate de una propiedad ancestral heredada de un antepasado común al anfibio.

En el árbol de la vida[146], las formas de adaptación son diferentes dependiendo de si se trata de la rama que lleva a los invertebrados o de la que lleva a los vertebrados. Incluso aprendiendo mucho sobre el modo en que construimos nuestro sistema nervioso, al estudiar cómo sucede en la mosca o en el gusano, vemos que las reglas que permiten desarrollar estrategias adaptativas son radicalmente distintas. En el artrópodo, la mayoría de los cambios de tipo adaptativo se realizan a nivel genético mediante la sección de clon. En resumen, no hay lugar para la individuación en los invertebrados ya que es el genoma el que dicta el devenir de la especie. En cambio, en los vertebrados, y aún más en los mamíferos, cada individuo es distinto de sus congéneres según la presión del medio sobre el sujeto, conservando simultáneamente constantes los rasgos de la población y los de la especie, a través de la comunicación intersubjetiva y de la reproducción sexuada. La riqueza de la información intercambiada permite que la adaptación actúe a nivel de la variabilidad del individuo a través de su historia.

Por lo tanto, el sistema nervioso de un vertebrado en el instante t ya no es exactamente igual en el instante t + ∆t; sencillamente ha evolucionado. La intensidad de la actividad de las sinapsis, su cantidad, el número total de células nerviosas en una estructura dada, la organización espacial y temporal de las redes habrá cambiado. Esta adaptación del sujeto adulto a su medio y en función de su experiencia está garantizada por la expresión continua de los genes de desarrollo que permiten no solo la evolución de la especie o la constitución de grandes estructuras cerebrales (córtex, cerebelo, médula espinal), sino también porque permiten al sistema nervioso ajustarse de forma permanente, ser flexible, en su forma y funciones. Stephen Jay Gould, en su célebre libro publicado en 1977 Ontogenia y filogenia, ya había mencionado este mecanismo posible de la evolución. En concreto, proponía la tesis de que una modificación de la cronología de los desarrollos embriológicos, u ontogenéticos, puede contribuir de manera significativa a la adaptación de una especie sin que ello implique cambios fenotípicos significativos. Tal como hemos visto, esta regla se aplica fácilmente al cerebro de los vertebrados. Alain Prochiantz[147] considera incluso este fenómeno como un elemento importante capaz de aportar una dimensión suplementaria a la evolución[148].

NEURONAS NUEVAS EN LA EDAD ADULTA

Tanto el centro vocal de los pájaros, como el bulbo olfativo y el hipocampo de los mamíferos son estructuras cerebrales que producen de forma permanente células nerviosas nuevas y lo hacen sea cual sea la edad del sujeto. De las investigaciones llevadas a cabo sobre el pez cebra, el canario, el ratón, pero también sobre el hombre, emerge la idea de una forma de plasticidad cerebral nueva, basada en la existencia de una neurogénesis adulta. Una plasticidad que todavía guarda muchos secretos, desde los mecanismos que la gobiernan hasta las funciones que ejerce.

El descubrimiento en el ratón adulto, en 1992, de células madre capaces de generar neuronas nuevas en el cerebro adulto[149] suscitó grandes esperanzas. Sin embargo, su utilización para curar enfermedades neurológicas sigue dependiendo de una comprensión mejor de su biología íntima. No obstante, desde entonces se han dado grandes pasos. No hace tanto tiempo, se creía que el cerebro adulto era un órgano desprovisto de toda capacidad regeneradora, condenado a perder de forma inevitable sus elementos más preciosos: las neuronas. Esta visión inmovilista del órgano cerebral se vio zarandeada con fuerza por el descubrimiento de la capacidad del cerebro adulto de producir nuevas células. Hace unos cuarenta años, Joseph Altman propuso por vez primera la posibilidad de una proliferación de células nerviosas en la rata[150]. Curiosamente, esta potencialidad del cerebro de los mamíferos suscitó en aquel momento un interés limitado. Dicho desinterés estaba reforzado por la ausencia de pruebas sobre la naturaleza neuronal de las células nuevas observadas por Altman en el cerebro. Hubo que esperar a la década de 1980 para que la noción de producción neuronal fuera rehabilitada por investigaciones llevadas a cabo sobre el cerebro de los canarios[151]. A partir de este momento, esta ave se convirtió en el modelo de referencia de las investigaciones más avanzadas en neurobiología. Recordemos que cuando Fernando Nottebohm, profesor de la Universidad Rockefeller de Nueva York, lanzó en la década de 1970 un proyecto ambicioso dirigido a identificar los mecanismos neurológicos del aprendizaje del canto del pájaro, todavía no sospechaba las sorpresas que le esperaban y, sobre todo, la amplitud de las transformaciones morfológicas que iba a descubrir en el cerebro de sus simpáticos canarios. En primer lugar, identificó los grupos de neuronas implicados en el aprendizaje motor y en la ejecución del canto. Entonces demostró que el sistema del canto comportaba dos circuitos situados bajo el control de un núcleo de neuronas denominado centro vocal superior. Por un lado, una vía motriz que controla la ejecución del canto, por el otro, un bucle regulador que integra las informaciones auditivas y permite al pájaro comparar el canto que ejecuta (escuchándose) con el canto memorizado.

Una de las mayores sorpresas del equipo neoyorquino fue el descubrimiento, en 1983, de la integración de nuevas neuronas al centro vocal del canario. Contra todo pronóstico, los investigadores descubrieron la existencia de un proceso de renovación de las células nerviosas, independientemente de la edad del sujeto. Ante sus miradas asombradas, las neuronas nuevas sustituían continuamente a las viejas que habían degenerado. Esta renovación parecía específica, atañía exclusivamente a una subpoblación muy concreta de neuronas del centro vocal, las neuronas de la vía motriz. La otra subpoblación no cambiaba. A partir de entonces se planteaba la cuestión de saber cuál podía ser el significado funcional de esta producción específica de neuronas. Fue entonces cuando estos mismos investigadores mostraron que existía un lazo entre el ritmo de las estaciones y la intensidad de la neurogénesis, y también entre la neurogénesis y el ciclo anual de ejecución y aprendizaje del canto de seducción del macho para la hembra. En el canario macho, este canto de corte solo se realiza de forma estereotipada y estable en primavera. Al final del verano, el pájaro deja de cantar. Después llega el otoño, un periodo que se caracteriza por la ejecución de cantos improvisados, y luego, al salir del invierno, viene una fase de reaprendizaje. Finalmente, en primavera, un canto nuevo se estabiliza y se diferencia del canto del año anterior gracias a la incorporación, la supresión o la modificación de determinadas sílabas características del canto. Ahora bien, Nottebohm y sus colaboradores detectan un hecho sorprendente: dos picos de muerte de neuronas en el centro vocal; uno en agosto y otro en enero, es decir en dos periodos en los que el canto del canario pierde su estabilidad y se degrada. Es importante señalar que este aumento de muerte celular precede el aumento de la incorporación de neuronas nuevas, máximo en octubre y en marzo. Colectivamente, estas observaciones etológicas y morfológicas han permitido desvelar la relación que une la adquisición de sílabas nuevas con la sustitución de neuronas viejas por otras nuevas.

Más tarde, los mismos neurobiólogos encontraron la explicación de estas variaciones periódicas. Sacaron a la luz la implicación, en este proceso, de la testosterona. En el canario, la producción de esta hormona está regulada por la duración de la luz natural diaria: aumenta de forma muy significativa en primavera. Ahora bien, la testosterona modula la expresión de un factor que permite sobrevivir a las neuronas. Cuando en otoño la concentración de testosterona cae en picado, la expresión de este factor de supervivencia disminuye y la muerte neuronal aumenta. A la inversa, cuando aumenta en primavera, la expresión del factor aumenta y favorece la supervivencia de las nuevas neuronas producidas. El cambio anual del repertorio de canto responde, pues, estrechamente a los cambios del entorno estacional del canario que regula la cantidad de neuronas nuevas. ¡Qué hermosa demostración de un cerebro cortado a medida para seducir a un congénere!

Unos años después de estas investigaciones realizadas sobre el canario, cuando las ideas maduraron, se obtuvieron las primeras pruebas de renovación de las neuronas cerebrales en la edad adulta con roedores, primates no humanos y finalmente con el hombre. Sin duda un cambio paradigmático de este calibre hubiera sido del agrado de Thomas Kuhn[152].

Tal como sucede con la piel, el hígado o el sistema hematopoyético o inmunitario, actualmente se conocen varias estructuras cerebrales de mamíferos capaces de producir y de acoger de forma permanente nuevas neuronas. Se trata del hipocampo, una estructura clave para la memoria espacial que ya presentamos en el capítulo anterior, y de la primera conexión cerebral del sistema olfativo, el bulbo olfativo. En ambos casos, las neuronas nuevas se originan en una zona germinativa formada por células madre neuronales, la zona subgranular del giro dentado del hipocampo y la zona subventricular, estructura subcortical que bordea los ventrículos cerebrales situados hacia la parte anterior del cerebro. Las células madre proliferan, migran y se transforman en verdaderas neuronas tal como sucede en las etapas que concurren en la construcción del sistema nervioso del embrión. Más recientemente, se han identificado células madre en el córtex asociativo del macaco, una región importante para memorizar lo vivido, fundamento del pensamiento, en la medida en que sea posible dar un sentido a lo que significa pensar. Si bien es probable que las regiones cerebrales implicadas en la neurogénesis adulta estén asociadas a la memorización y al aprendizaje, la cuestión del significado fisiológico de la renovación neural queda aquí planteada. Volveremos sobre ella.

A pesar del interés creciente que suscita el estudio de la neurogénesis adulta, muchas cuestiones siguen todavía en suspenso. ¿Cómo es posible que la integración de neuronas nuevas en una red madura pueda darse sin alterar la estabilidad de los circuitos preexistentes ni el mantenimiento de los tratamientos neuronales? La recapitulación de procesos embrionarios en el adulto sigue siendo una de las hipótesis más ampliamente admitidas. La neurogénesis —del embrión o del adulto— depende de procesos celulares variados como la proliferación, la migración, la diferenciación y la muerte celular. ¿Es posible afirmar, como hacen algunos, que los mecanismos del embrión son parecidos a los que rigen en el adulto?

Debido al aporte permanente de neuronas que realizan el sistema olfativo y el hipocampo, ambos representan modelos adaptados que sirven para intentar contestar a esta pregunta. Los trabajos realizados sobre el hipocampo señalan que la neurogénesis adulta tiene continuidad con el programa molecular y celular que rige la construcción cerebral durante la génesis embrionaria. La situación del bulbo olfativo podría ser diferente. En el embrión, las regiones de producción e integración de los neuroblastos del bulbo son contiguas (sucede lo mismo en el caso del hipocampo adulto), pero se hallan muy distantes en el adulto. En consecuencia, los factores moleculares que actúan localmente controlando las distintas etapas de proliferación, maduración e integración de las futuras neuronas, son de naturalezas diferentes según el estadio considerado. En la medida en que estos factores genéticos y epigenéticos difieren, la neurogénesis en el embrión podría revelarse muy distinta de la que tiene lugar en el adulto. En el adulto, la facultad de producir nuevas neuronas para el bulbo olfativo podría indicar mecanismos únicos, adaptados al cerebro adulto.

La existencia de una neurogénesis adulta[153] muestra que las capacidades de adaptación del sistema nervioso no residen únicamente a nivel de las variaciones de la actividad sináptica, o de los cambios de forma de las neuritas. Estos procesos adaptativos del cerebro adulto, al huir del determinismo genético, desempeñan un papel crucial en la adecuación de un individuo a su medio. Evidentemente, la adaptación del sujeto no es independiente de la adaptación genética ya que depende estrechamente de estrategias de desarrollo genéticamente programadas. Sin embargo, al permitir una relación adaptativa del individuo mejor que la de los miembros de la especie, la neurogénesis secundaria privilegia la historia del individuo ante la filogénesis. Gracias al cerebro, que adquiere cada vez más importancia en el momento de la transición de los invertebrados a los vertebrados, el campo de las posibilidades adaptativas privilegia progresivamente la historia del sujeto en detrimento de la de la especie. Las consecuencias de esta plasticidad cerebral sobre la individuación resultan evidentes: permiten que la historia de un individuo se inscriba bajo la forma de modificaciones morfológicas y funcionales permanentes de los circuitos neuronales. Dicho de otro modo, el cerebro de un sujeto es capaz de grabar en su seno la crónica de su vida, la historia de sus relaciones apasionadas con el mundo.

Estos procesos adaptativos, fruto de la estrecha intrincación entre genética de la especie e historia del individuo, son esenciales para la aparición de las funciones cognitivas y del comportamiento[154]. Cuanto más estimulado esté el sujeto, más desarrolla construcciones epigenéticas variadas. Esto es cierto para el niño y el adolescente, pero también para el adulto gracias a la plasticidad cerebral. Durante el desarrollo, ciertos periodos sensibles son determinantes para la adquisición de una función nueva[155]; esta puede perderse de forma irremediable según los casos si no se ejerce durante una ventana temporal precisa. Estos periodos de «oportunidad» constituyen fases en las que el aprendizaje es extremadamente eficaz. Sin embargo, un aprendizaje que no tiene lugar durante ese periodo puede ser adquirido posteriormente, a lo largo de la vida del sujeto, pero sencillamente resulta más costoso en tiempo y exige más esfuerzos.

Esta propiedad del sistema nervioso está muy marcada durante las primeras etapas de la vida. Para los estímulos sensoriales, para ciertas experiencias emocionales o ciertas funciones cognitivas complejas como el cálculo y la comprensión musical, los periodos sensibles son relativamente cortos, abarcando varios años en el hombre. Esto se cumple también en los demás animales. Así por ejemplo, si uno de los ojos de un gatito permanece obturado durante una semana, este perderá la visión estereoscópica. En este caso, la casi totalidad de las células corticales es sensible únicamente a los influjos nerviosos transmitidos por el ojo sano. En los mamíferos, esta aptitud del sistema nervioso durante las primeras etapas del desarrollo juvenil puede parecer singular dado que los organismos se encuentran poco expuestos al entorno. Otras competencias mentales, como la lectura o la adquisición de vocabulario, eluden esta noción de fase crítica ya que pueden ser aprendidas a lo largo de toda la vida. De hecho existe una categoría de aprendizaje que se materializa a través de la experiencia y se caracteriza por la existencia de un periodo sensible. Este aprendizaje que depende estrechamente de la experiencia no tiene por lo tanto una limitación temporal. El aprendizaje de la visión o de los sonidos del lenguaje pertenece al primer tipo de aprendizaje. En cambio, la adquisición de un léxico o el aprendizaje semántico que pueden realizarse a lo largo de toda la vida pertenecen a la segunda categoría[156]. Ahora vamos a ver más en detalle este periodo extremadamente importante en el joven, periodo que precede a la plena madurez del individuo adulto.

LA PLASTICIDAD JUVENIL

En algunas especies, el periodo necesario para alcanzar la madurez es muy corto. Los invertebrados, por ejemplo, desarrollan a lo largo de su ontogénesis, muy breve, los rasgos fenotípicos característicos conservados por las condiciones de selección que se han ejercido a escala filogenética sobre la especie antes incluso de la existencia del sujeto. Esta fase rápida del desarrollo representa aquí una ventaja adquirida ya que permite al animal joven sobrevivir de forma más eficaz en un mundo que le es hostil. La drosophila solo necesita que pasen diez días desde su nacimiento para poder reproducirse. En cambio otras especies eligen una estrategia inversa al privilegiar un periodo largo de desarrollo. En este caso, una gran cantidad de jóvenes son sacrificados para que algunos individuos privilegiados puedan sobrevivir. La otra vía de supervivencia para estos animales de ontogénesis extendida consiste en recibir cuidados parentales prolongados que pueden proteger a los jóvenes en un entorno en el que abundan los depredadores de todo tipo. En los mamíferos, en los que el periodo para alcanzar la madurez sexual puede prolongarse incluso varias décadas, se elige la segunda opción. Este periodo de intercambios intensos entre la nueva criatura y sus progenitores ofrece al joven numerosas ocasiones de enfrontarse a su entorno, permitiéndole participar y orientar su desarrollo. Esto es así para el hombre, que durante los primeros veinte años de su vida es un sujeto frágil, dependiente de la célula familiar y cuyo cerebro neoténico[157] —es decir que solo alcanza tardíamente el estadio adulto— se «nutre» con las interacciones sociales[158]. El orden biológico deja paso al orden psíquico y la transmisión social y cultural se vuelve primordial para el desarrollo del cerebro. Es entonces cuando factores como la diversidad del régimen alimentario o la complejidad de los cuidados parentales aparecen como actores importantes que participan en el modelaje nervioso. Este tipo de ontogénesis flexible, que precede a la madurez del cerebro, está presente en la mayoría de las especies dotadas de plasticidad fenotípica[159] importante. Esta plasticidad juvenil no tiene límites temporales precisos. Aunque, dependiendo de la función afectada, la fase inicial de esta ontogénesis flexible es siempre la misma para una determinada especie, como por ejemplo en el gatito, que solo oye a partir del quinto día de su nacimiento y abre los ojos entre dos y cuatro días después, el final de este periodo no está claro, a veces se prolonga más allá de la juventud.

La existencia de una plasticidad juvenil llevó a Jean Piaget, pionero del desarrollo cognitivo, a sugerir que el desarrollo intelectual del niño no se alcanzaba progresivamente sino de forma escalonada; cada peldaño correspondería a una fase crítica de la adquisición de las facultades mentales. Dependiendo de la edad del niño, Piaget distingue cuatro grandes etapas en el desarrollo cognitivo: un estadio sensoriomotor (del nacimiento a los 2 años), seguido de un periodo preoperacional (de los 2 a los 7 años), luego un estadio de operaciones concretas (de los 7 a los 12 años) y, finalmente, un estadio de operaciones formales o hipotético-deductivas (a partir de los 12 años). Cada estadio se caracteriza por un plan de conocimiento independiente y por el nivel de complejidad de las actividades mentales. En el Homo sapiens, la vejez sería un periodo de senescencia cognitiva en el que dichas capacidades de aprendizaje se ven disminuidas, al contrario que en el sujeto joven en el que el aprendizaje es óptimo durante esos cuatro periodos. En otras palabras, en la vida de un Homo sapiens hay momentos para aprender y luego otros para retener la información adquirida anteriormente. Si la juventud se caracteriza por ser un periodo durante el cual el sujeto aprende muy rápidamente y, por lo tanto, puede demostrar una gran innovación, los «viejos» son aquellos individuos que, debido a la estabilidad de su comportamiento, garantizan la cohesión social del grupo aportando referencias morales y sociales. Esta dicotomía, en la que aprendizaje y estabilización constituyen los dos pilares centrales de la memoria, recuerda las leyes que rigen el aprendizaje automático de los robots que tanto complace a la inteligencia artificial cuando intenta desarrollar máquinas capaces de aprender basándose en la experiencia anterior —disciplina que en inglés se denomina machine-learning—.[160] Esta ciencia nos enseña que una máquina solo puede aprender si los procesos de entrenamiento son ponderados por fases estabilizadoras que permiten categorizar los estímulos, etapa indispensable para poder llevar a cabo el almacenamiento a largo plazo de la información.

Todas las investigaciones realizadas con adolescentes confirman que su cerebro no ha alcanzado todavía la madurez plena. Si el cerebro de un niño de 10 años representa ya el 90 % del volumen del cerebro del adulto, todavía falta mucho para acabar la obra. La imaginería cerebral señala, por ejemplo, que sigue creciendo entre los 20 y 30 años; sus neuronas ven cómo su funda de mielina las envuelve cada vez más estrechamente. El cerebro adolescente sufre también modificaciones estructurales importantes bajo la acción de los aumentos de hormonas, incluso después de la pubertad. Una segunda ola de formación de sinapsis y de poda culmina en la adolescencia (entre los 12 y los 20 años), tras la primera ola de la infancia. Son varias las zonas afectadas por estas remodelaciones secundarias. La primera está relacionada con el cuerpo estriado que contribuye a la regulación de los sistemas deseantes; será el responsable de las conductas de riesgo de los adolescentes en busca de recompensas inmediatas. La segunda tiene que ver con la región de la epífisis[161] que secreta la melatonina, sustancia que permite sincronizar nuestras actividades con la luz diurna. Es sabido que al adolescente que produce melatonina mucho más tarde durante el día que el joven o el adulto, le cuesta mucho dormirse antes de la medianoche. Finalmente, el córtex prefrontal también es el objetivo privilegiado de las grandes remodelaciones de los circuitos del adolescente. Este territorio avanzado del córtex actúa como si fuera un controlador capaz de prever, planificar y evaluar constantemente las alternativas posibles, capaz de hacer conscientes las emociones negativas (con el córtex prefrontal derecho) o positivas (córtex prefrontal derecho) y de garantizar las funciones ejecutivas[162]. Sin embargo, la función dominante de este controlador aplicado está en la extraordinaria inhibición que es capaz de ejercer. Si así lo desea, puede detener bruscamente la programación de un movimiento antes de que sea ejecutado. Gracias a su acción sobre la amígdala, podemos refrenar nuestra alegría o detener una lágrima en público. El córtex prefrontal es, por lo tanto, la esencia misma del Homo sociable que, incluso delante de la mayor de las injusticias, puede siempre conservar la calma. No obstante, en el adolescente, esta región cortical sigue siendo inmadura; no es capaz de aportar la estabilidad emocional que caracteriza (en principio) al adulto convertido en un ser sensato, y de ahí los comportamientos inestables, algunas veces arriesgados, de algunos adolescentes.

Esta inmadurez, caracterizada por una gran inestabilidad en las funciones cognitivas del adolescente, plantea, por otra parte, el problema de la eficacia de las elecciones escolares que se llevan a cabo en la escuela con sujetos cuyas capacidades psíquicas varían de un mes a otro. Volveremos a hablar también en el capítulo dedicado al cerebro enfermo sobre la gran vulnerabilidad del cerebro adolescente para hundirse en enfermedades mentales o en los trastornos de la adicción. En Estados Unidos, más del 1 % de los niños, el 2 % de los alumnos de primaria y alrededor del 5 % de los adolescentes sufren trastornos depresivos, con el doble de niñas que de niños, lo que demuestra que los factores biológicos de origen estrictamente orgánico son, como sucede con todo lo que afecta al cerebro, inseparables de los factores sociales.

LA PLASTICIDAD DE LAS CONEXIONES DEL CEREBRO ADULTO

La idea según la cual la percepción del mundo exterior encuentra su representación en el cerebro en forma topográfica (mapas cognitivos) es relativamente antigua. La interacción permanente del sujeto con su entorno es una exigencia del mundo vivo, ya que los organismos constituyen lo que en termodinámica se denomina sistemas abiertos: solo subsisten gracias a un flujo constante de materia, energía e información[163]. Una de las funciones primordiales que, por lo tanto, debe cumplir el cerebro es garantizar el análisis, el filtraje y la integración de las aferencias sensoriales para construir una representación mental del mundo exterior adaptada a las capacidades específicas del animal.

El cerebro puede ejercer esta función ya que es capaz de representar los rasgos generales o duraderos del mundo gracias a una configuración más o menos estable de sus miríadas de conexiones sinápticas. Esta configuración de conexiones cuidadosamente reguladas y susceptibles de evolucionar con el tiempo determina la forma en que el órgano cerebral inscribe su entorno en sus propios circuitos. Esta representación está contenida, en parte, en la configuración particular de los cien billones de conexiones sinápticas de nuestro cerebro. Esto es consecuencia de la ley de las grandes cifras fruto de la encefalización, es decir, del reagrupamiento de decenas de miles de millones de neuronas dentro de nuestra caja craneal. De esta sociedad compleja de células nerviosas altamente interconectadas nace la facultad de aprender tareas que a veces resultan difíciles. De este modo los circuitos de neuronas son capaces de reconocer una letra, los rasgos particulares de un rostro familiar, un sonido, etc.

No obstante, esta aptitud no es innata ya que ningún referente biológico, como el ADN, podría bastar para contener toda la información necesaria para la construcción de nuestras representaciones mentales. Así pues, la estructura de los circuitos de neuronas procede en parte del juego de contactos con el entorno y el aprendizaje sigue siendo una pieza indispensable para esta elaboración. Puede realizarse según un mecanismo doble: algunas conexiones entre neuronas se establecen de manera redundante y aleatoria, y luego únicamente las conexiones entre neuronas activas simultáneamente se conservan (principio de Hebb); la fase de selección va acompañada de la eliminación de los contactos más débiles. Como ya hemos indicado, Jean-Pierre Changeux y Antoine Danchin han elaborado un modelo teórico de la evolución posible de las conexiones nerviosas según la edad y la experiencia de un sujeto. Este modelo postula que existe en el cerebro joven una gran cantidad de conexiones, ya que una misma neurona establece contactos sinápticos con cientos, incluso miles de neuronas distintas. Con el tiempo y la experiencia, únicamente las conexiones funcionales se estabilizan mientras que las demás degeneran[164].

Gracias a su capacidad la mayoría de los circuitos de neuronas aprenden a clasificar, categorizar, generalizar, memorizar, pero también a olvidar. Con gran acierto, Platón decía que aprender, para Sócrates, era «volver a acordarse de lo que hemos olvidado». Durante el aprendizaje y el desarrollo del niño, las conexiones sinápticas se ajustan según las necesidades para formar agrupaciones de neuronas que funcionan juntas, sobre una misma tarea, y los mapas funcionales que de ellas dependen. La demostración de que el cerebro adulto puede producir nuevas células nerviosas permite actualmente entrever la evolución de los contornos de dichos mapas bajo la acción del aprendizaje.

Por lo tanto, los circuitos de neuronas son conjuntos dinámicos susceptibles de adaptarse en función de la actividad y bajo la acción de factores intercelulares. La representación topográfica de las percepciones sensoriales en las estructuras corticales de los mamíferos es capaz así de reorganizarse en función de los cambios inducidos por el entorno. Actualmente existe gran cantidad de pruebas experimentales que indican que las neuronas poseen una estructura y una función eminentemente dinámicas que les permite adaptarse a cualquier cambio, interno o procedente del entorno del sujeto[165]. A partir de 1949, Donald Hebb sugirió que la maduración de una vía nerviosa dependía de la cantidad de información que transitaba por la propia vía. Desde entonces, varios estudios han validado y luego ampliado este principio, mostrando que algunos factores que modulan el entorno o la actividad neuronal aferente podían producir modificaciones en la organización anatómica y funcional de las vías nerviosas. Los trabajos recientes de los neurobiólogos muestran que la interacción entre la actividad eléctrica desencadenada desde la periferia y el programa genético modula de forma significativa las propiedades esenciales de los circuitos de neuronas necesarias para la codificación de la información sensorial[166]. En este aspecto, cada individuo es único.

LA OLFACCIÓN O EL PROTOTIPO DE LA EPIGÉNESIS

Solo podemos acceder al mundo físico que nos rodea a través de los órganos de los sentidos. Durante mucho tiempo, los filósofos han observado las relaciones que asocian el mundo exterior con nuestra percepción, es decir, las relaciones del pensamiento con su objeto. Distintas corrientes de pensamiento se han enfrentado sobre la cuestión de saber si la percepción podía entenderse como pura asociación de sensaciones elementales o como totalidad organizada de entrada. No es lugar para reabrir este debate. En cambio, podemos señalar que esta cuestión filosófica se abre actualmente a la práctica experimental. Desde que es objeto de las investigaciones científicas llevadas a cabo por especialistas del cerebro, las conjeturas han dejado paso a la experimentación. Los psicólogos y otros neurobiólogos que desean estudiar el mundo real se sitúan, ante todo, desde un punto de vista subjetivo[167], en el sentido propio del término, es decir «del ámbito del sujeto», un ser sufriente, amante, en resumen, un sujeto apasionado.

Para sobrevivir la mayoría de las especies animales deben adaptar sus estrategias de comportamiento a las variaciones que se dan en su entorno. Esta adaptación extraordinaria de los comportamientos tiene su origen en los mecanismos, a menudo complejos, que intervienen a nivel de los receptores sensoriales (donde se recogen las informaciones en bruto), a nivel integrativo (donde se filtran, se tratan y se codifican las informaciones procedentes de los distintos captores) y, finalmente, a nivel perceptivo (donde se forman las representaciones mentales de las informaciones recibidas). Estos mecanismos, que dependen de receptores y centros más integrados, permiten desencadenar comportamientos fundamentales para mantener la vida y la evolución de las especies, por ejemplo, los relacionados con la reproducción, con evitar el peligro o con la búsqueda de alimento. Estas respuestas de comportamiento tienen en común su dependencia en gran medida de los sistemas sensoriales, entre los cuales la olfacción desempeña un papel esencial, cuando no vital.

La olfacción forma la vanguardia de la sensorialidad del sujeto[168]. Oler se manifiesta con los primeros movimientos respiratorios del recién nacido. ¿Acaso las vías olfativas en el cerebro no son las que se abren más precozmente durante la ontogénesis? Esta precocidad de la olfacción permite al feto reconocer químicamente el sello olfativo de la madre nutricia. Al nacer, el olfato ofrece al lactante la ocasión de una confrontación inaugural con el mundo. Todos los comportamientos fundamentales de la especie, que se irán estableciendo a lo largo del desarrollo del feto, permanecen profundamente asociados con las señales olfativas. Más tarde, este aparato sensorial permite reconocer y seleccionar los alimentos, detectar sustancias tóxicas o alimentos en mal estado, garantizar la atracción y el reconocimiento de compañeros sexuales, la constitución de lazos parentales y sociales, tan manifiestos en el animal y todavía tan presentes en el ser humano.

La gran originalidad del sentido del olfato reside en su capacidad para renovar algunos de sus elementos más valiosos, las neuronas, cuya vida no suele durar más allá de algunas semanas. Esta renovación permanente es posible gracias a la presencia de verdaderas células madres neurales[169] localizadas en el órgano sensorial (el epitelio que tapiza las paredes de nuestras cavidades nasales) o en las partes más profundas del cerebro: los ventrículos laterales. En un contexto tan dinámico como este, ¿cómo es posible que una rosa siga oliendo a rosa si nuestras neuronas olfativas se van sustituyendo a perpetuidad? Y ¿cómo es posible que nuestra memoria de los olores sea tan robusta si las neuronas mueren tras aprender? Es sabido que el olfato, más que cualquier otro sentido, está en íntima relación con la memoria[170]. En relación con esto, basta pensar en el papel que desempeñan los recuerdos olfativos en la génesis de los comportamientos de base de la especie y recordar que las estructuras nerviosas calificadas de «rinencefálicas[171]» son centrales en los procesos mnésicos de nuestro cerebro.

Para intentar comprender el funcionamiento complejo y todavía bastante misterioso del sistema olfativo, de entrada, resulta útil distinguir dos niveles de organización. El primero se sitúa en la periferia del sistema olfativo, en el epitelio que recubre las paredes de las cavidades nasales. Se trata del órgano sensorial del olfato, el captor químico, tal como lo denominan los ingenieros. Aquí, las moléculas olorosas estimulan directamente las neuronas receptoras.

El segundo nivel atañe al bulbo olfativo, pequeña extensión antero-ventral del paleocórtex. Esta región del sistema nervioso central trata la señal sensorial recibida desde las neuronas receptoras para transmitirla al resto del córtex y a otras regiones subcorticales que participan conjuntamente en la percepción y el reconocimiento de los olores más o menos exquisitos. Ahora bien, hecho extrañísimo en el adulto, estas dos regiones, periférica y central, están directamente involucradas en la neurogénesis adulta[172] gracias a la presencia de células particulares. Estas células, denominadas células madre neurales, poseen la propiedad extraordinaria de poder transformarse, tras dividirse, en cualquier otro tipo celular. En el bulbo olfativo, estas células madre producen neuronas y células gliales (más exactamente los oligodendrocitos y los astrocitos[173]). Esta dinámica celular plantea de facto la cuestión del papel desempeñado por las nuevas células en el funcionamiento del cerebro maduro. También abre nuevas perspectivas clínicas al ofrecer soluciones originales para la reparación de regiones dañadas. La presencia de células madre neurales representa sin duda una esperanza nueva de tratamiento de ciertas patologías neurológicas o fruto de accidentes vasculares o traumáticos, sobre los que volveremos a hablar más adelante.

Actualmente, si bien se admite con facilidad que la neurogénesis del cerebro adulto contribuye al ajuste progresivo, y a largo plazo, del funcionamiento de los circuitos nerviosos, se plantean otras muchas cuestiones: ¿en qué medida podemos diferenciar, comparar o agrupar la producción neural del embrión y la del adulto? ¿Cómo una célula nerviosa producida de nuevo en el adulto migra para encontrar su objetivo? ¿Cómo elige su destino? Intentaremos contestar algunas de estas preguntas partiendo de las estructuras del sistema olfativo implicadas en la neurogénesis adulta: el órgano sensorial y la primera conexión cerebral del sistema olfativo.

La nariz, protuberancia del rostro, es un instrumento admirable de química. En las fosas nasales se encuentra una mucosa en la cual captores (o neuronas sensoriales) reaccionan a las entidades químicas. En el ser humano, este órgano ocupa una superficie de 2 a 3 cm² sobre las paredes lateral y mediana del techo de la cavidad nasal. Además de las neuronas sensoriales, también contiene células madre (denominadas células basales) que, tras dividirse, podrán producir neuronas sensoriales nuevas. Ya que los receptores del epitelio olfativo se orientan directamente hacia el mundo exterior, estas células nerviosas se encuentran sometidas a múltiples agresiones, a numerosos factores nocivos como los agentes infecciosos o las sustancias tóxicas (metales pesados, pesticidas, etc.). En estas condiciones de adversidad extrema, su longevidad se limita a pocas semanas. Así pues, la presencia de las células madre[174] en el epitelio olfativo parece ser importante para reparar el órgano sensorial susceptible de dañarse con frecuencia.

Abandonemos ahora la periferia para entrar en el cerebro y detenernos a nivel del bulbo olfativo. En este caso, las nuevas células se producen a partir de la zona subventricular situada en las paredes de los ventrículos laterales, es decir, en pleno corazón del cerebro. Los avances recientes realizados en el ámbito del estudio de la arquitectura, la organización y el funcionamiento de esta zona germinativa, muestran que esta región particular obtiene sus propiedades únicas del entorno local (celular y molecular) en el cual se ubican las células madre. Este entorno especial se denomina nicho, término procedente de la ecología para dar a entender la importancia de las interacciones entre los diferentes tipos celulares, las moléculas membranales, las sustancias solubles y otros materiales extracelulares presentes en el entorno próximo de las células madre (cuyo conjunto constituye un verdadero ecosistema). Durante el desarrollo, estos nichos tienen una existencia temporal en el embrión, pero perduran en el adulto, sin que se sepa realmente el motivo de este rasgo pedomórfico.

Para alcanzar el bulbo olfativo, las células procedentes de las paredes de los ventrículos laterales deben tomar una corriente de migración que en el hombre tiene una longitud de varios centímetros. El viaje dura varios días y permite a las células nuevas adquirir su estatuto de neurona verdadera. El conjunto de los datos reunidos recientemente permite reconocer dos atributos fundamentales de los nichos neurogénicos del cerebro adulto. Por un lado, cobijan un tipo de célula glial particular (astrocito) capaz de abandonar su estado quiescente, aproximadamente cada mes, para dividirse rápidamente (todos los días), y luego ofrecer precursores de neuronas. Por otro, estos nichos deben cumplir otras dos misiones: constituir un entorno permisivo para la división celular, y luego ejercer una función instructiva para que el destino de las neuronas nuevas se adapte a la demanda.

Nuestro equipo ha demostrado que la estimulación del cerebro facilita la fabricación de neuronas nuevas. Hace unos años la idea parecía un tanto descabellada. Sin embargo, unas semanas de estimulaciones cerebrales y físicas[175] son suficientes para que el cerebro de los roedores multiplique por dos la tasa de neuronas nuevas producidas. Estas células recién llegadas al bulbo olfativo se encargan de tratar las informaciones sensoriales de forma diferente a la ejercida por las otras neuronas fabricadas en el embrión[176].

En el contexto posnatal, al parecer, esta producción neuronal permite que la experiencia personal del sujeto deje su huella con regularidad en el seno de sus circuitos nerviosos. En el adulto, la aportación de neuronas nuevas podría acompañar determinados periodos en los que la memoria necesita ser reforzada. En resumen, la génesis de células nuevas nerviosas constituiría muy probablemente un mecanismo adicional de adaptación que permite al sujeto reconstruirse de forma permanente y hacerlo mucho más allá de los célebres periodos críticos.

Aun así, la función específica de la neurogénesis adulta sigue siendo un misterio. Podemos preguntarnos de qué modo se utilizan las células nuevas en un sistema tan dinámico como el sistema olfativo, y cuáles pueden ser sus funciones y los contextos en los que estas células nuevas se expresan. Aunque no hay duda de que las regiones cerebrales implicadas en la neurogénesis adulta están estrechamente asociadas con la memoria y el aprendizaje, la cuestión del significado psicológico de esta renovación neural sigue siendo un misterio. Observaciones realizadas a partir de ratones mutantes muestran la existencia de un déficit en la distinción de dos olores parecidos en el momento en que se interrumpe la aportación de neuronas nuevas[177]. Por el contrario, los animales criados en un entorno sensorial rico y renovado presentan una memoria olfativa más desarrollada y más robusta que esos congéneres menos estimulados[178]. Otro estudio ha permitido asimismo evidenciar la implicación social de la neurogénesis adulta en el ratón[179]. Estos investigadores han mostrado que la producción de neuronas nuevas en el bulbo olfativo se estimulaba tras el acoplamiento durante la primera semana de gestación y luego durante la primera semana de lactancia. Este aumento de aportación neuronal podría ser importante para los cuidados prodigados por las madres a sus recién nacidos. De alguna manera, bajo la acción de determinadas hormonas como la prolactina, las neuronas nuevas llegadas al bulbo olfativo provocarían el aumento de los comportamientos empáticos de la madre, capaz de responder con prontitud a la menor señal de alarma de su progenie.

La antropología del olfato revela tres características principales en el ser humano: riqueza de las moléculas reconocidas por el olfato (nuestro sistema olfativo reconoce más de diez mil moléculas, que pueden llegar a cuarenta mil entre ciertos profesionales como los creadores de perfumes o los enólogos), desencadenamiento instantáneo de emociones calificadas como agradables o desagradables según el elemento odorífero y, finalmente, evocación muy rápida de recuerdos e imágenes. Los olores, con su impreciso contenido cognitivo (a menudo resulta difícil atribuir un nombre a un olor), pero con su fuerte tonalidad emocional, siguen siendo para los seres humanos el lazo más directo con la identificación de los elementos que nos rodean. A estos tres atributos conviene añadir actualmente, tal como acabamos de ver, la posibilidad de que el cerebro olfativo produzca e integre de forma continua células nerviosas nuevas. Esta facultad, en cuanto que mecanismo extremo de plasticidad fuertemente controlado por la experiencia personal y sus interacciones con el entorno, contribuye también a la individuación del sujeto. Apostemos por que las investigaciones futuras esclarecerán cuál es el peso respectivo de los distintos mecanismos que presiden la construcción de toda la complejidad y singularidad de un ser humano.

CEREBRO ENFERMO, CEREBRO MAL HECHO

A diario, aproximadamente el 80 % de nuestra actividad cerebral depende de señales visuales. Así pues, cuando el sistema visual falla, ¿cómo se ve afectada esta actividad? En este caso, los neurólogos observan que la zona de tratamiento de la información visual, situada en el córtex occipital (área visual primaria), sigue activa ya que se «recicla» y sirve a otras modalidades sensoriales. Estos casos de piratería, utilizando un término que a menudo se relaciona con la informática desde que los fletes han dejado de utilizar las vías marítimas, ilustra el fenómeno denominado de plasticidad intermodal. Según este principio, el ciego de nacimiento puede utilizar su córtex visual reclutado por el sentido del tacto; sentido necesario sobre todo para la lectura en braille. Utilizando la estimulación magnética transcraneal[180], unos investigadores han demostrado que la activación del córtex visual occipital es indispensable para la comprensión de la lectura en braille.

En otras personas ciegas desde la infancia, las neuronas del córtex visual pueden activarse escuchando música. El equipo dirigido por Maurice Ptito en la Escuela de Optometría de la Universidad de Montreal intenta sacar provecho de estas formas de piratería. Ha creado una prótesis visual que utiliza la lengua del mismo modo que se utilizan los dedos para el braille. Un dispositivo híbrido, visual y táctil, transforma una imagen captada por una cámara digital en estimulaciones electrotáctiles descodificadas por la lengua. Ya que la lengua es el órgano más inervado del cuerpo (véase el homúnculo sensorial), la información percibida por la lengua produce una imagen con una resolución cinco veces más precisa que la obtenida a través de las estimulaciones de la piel.

Estos ejemplos de rehabilitación muestran la plasticidad de las áreas sensoriales primarias que pueden ser desviadas de su predisposición original hacia otra modalidad. Para explicar la naturaleza de estas recuperaciones, se han llevado a cabo experimentos con roedores. Dichos experimentos muestran que en el ratón desprovisto tempranamente del sentido visual, se establecen conexiones directas entre el córtex visual y los córtex auditivo y táctil. Estos contactos no existen en el ratón dotado con una visión eficaz. El conjunto de estos descubrimientos muestra que las funciones corticales están, por lo tanto, más próximas a las que ofrece una navaja suiza que a las ofrecidas por un ordenador recién salido de IBM.

CUANDO EL CEREBRO SE APROPIA DE LOS MIEMBROS INJERTADOS

Partiendo de numerosos casos clínicos más o menos espectaculares, la neurología nos muestra hasta qué punto el cerebro adulto es capaz de reconfigurarse en distintas situaciones, a veces, es cierto, extremas. Así ocurre en las experiencias de realidad virtual. Estas han permitido mostrar que la apropiación por el sujeto de su propio cuerpo puede ser engañada. En 1998, Matthew Botvinick y Jonathan Cohen, de la Universidad Carnegie Mellon y de la Universidad de Pittsburgh respectivamente, desarrollaron un método experimental para demostrar que era posible reajustar la conciencia de la unidad espacial del cuerpo y de la psique[181]. Con la ayuda de un dispositivo muy ingenioso, estos dos investigadores observaron que algunos sujetos pueden atribuirse una mano de goma cuando en realidad no les pertenece. El protocolo experimental consistía en observar una mano derecha artificial, manteniendo la propia mano derecha oculta. Tras concentrarse en la mano artificial el tiempo suficiente, los sujetos tenían que señalar qué dedo era acariciado por un pincel que el experimentador situaba frente a ellos, próximo a ambas manos; una virtual y la otra real. El primer pincel tocaba la mano natural oculta a la altura del dedo corazón, mientras el segundo acariciaba el índice de la mano prostética. El veredicto era inapelable: irremediablemente, los sujetos al ser preguntados sobre qué dedo había sido acariciado por el pincel respondían que había sido el dedo índice y no el corazón.

Por lo tanto el sentido visual influencia nuestro tacto —incluso lo domina— y la experiencia que tenemos de nuestro cuerpo no es más que la expresión de una integración multisensorial. ¡Qué hermoso ejemplo de piratería, aquí a través de las vías visuales, que consiguen convencer al sentido táctil de aceptar un miembro virtual que no nos pertenece! De hecho, este resultado demuestra que la experiencia consciente que tenemos de nuestro cuerpo (apropiación de la unidad corporal) procede más de nuestro acceso a áreas multimodales situadas a nivel del córtex parietal derecho principalmente que de nuestro acceso a las áreas somáticas sensoriales primarias.

De paso, este experimento señala también hasta qué punto la unidad corporal no es inmutable, tal como también demuestran los numerosos casos de ilusiones de salida del cuerpo[182] en el momento de una muerte inminente. Estas ilusiones corresponden a una experiencia corporal extrema, desconcertante, que según los casos y los sujetos puede resultar placentera o aterradora. La ilusión de salida del cuerpo se caracteriza por la impresión de percibir el mundo desde una posición elevada, desencarnada, y por la impresión de percibir una imagen del propio cuerpo fuera de los límites físicos[183]. El hecho de sentirse inscrito en los límites físicos del propio cuerpo, y la capacidad de percibir el mundo desde esta posición muy egocéntrica[184], se basa en la convergencia y la integración correcta de las señales vestibulares[185] con informaciones visuales y somestésicas[186]. A partir del momento en que las informaciones sensoriales ya no se integran de la forma correcta, la unidad corporal, es decir la unidad sentida entre el yo y el cuerpo, se interrumpe[187]. La experiencia de Botvinick y Cohen muestra que en caso de conflicto multisensorial relacionado con el cuerpo, la ilusión visual triunfa sobre todas las demás modalidades sensoriales.

La participación del sistema vestibular en la percepción del entorno y en la autoatribución de las partes del cuerpo está ilustrada por casos clínicos en los que se aplican estímulos eléctricos durante intervenciones quirúrgicas neuronales, por ejemplo en pacientes epilépticos, rebeldes a los tratamientos con medicamentos. Sabemos que las estimulaciones eléctricas de baja intensidad en la articulación temporoparietal inducen intensas ilusiones vestibulares, rotatorias, que se convierten, al incrementar la intensidad de la estimulación, en ilusiones de caídas y luego de salida del cuerpo, de desencarnación, que desaparecen inmediatamente al interrumpir los estímulos eléctricos.

Todas estas manipulaciones de la unidad corporal ofrecen una interpretación científica a las ilusiones de salida del cuerpo y otras sensaciones percibidas durante la experiencia de una muerte inminente que durante mucho tiempo estuvieron relegadas al ámbito del misticismo.

MEDITACIÓN Y PLASTICIDAD CEREBRAL

Muchas tradiciones contemplativas consideran la meditación como el resultado de una actividad cerebral particular. Al contrario, ¿existe una relación de causalidad entre la práctica regular de la meditación y la actividad cerebral? ¿Puede el simple hecho de pensar, de meditar o de contemplar modificar el cableado de nuestro cerebro? La mayoría de los científicos, apasionados por el racionalismo, creían que la respuesta era sencilla y, por supuesto, negativa. Sin embargo, desde hace unos años vemos que algunos investigadores se interesan por este problema, demostrando así que esta cuestión está lejos de ser trivial y merece al menos ser planteada. Siguiendo esta corriente de pensamiento, la Sociedad de Neurociencias Americanas invitó al Dalái Lama a Washington, en 2005, en el marco de sus encuentros anuales a los que asistió uno de nosotros. El objetivo que se perseguía con la visita del Dalái Lama era promover un debate fecundo en torno a la meditación y a los conocimientos contemporáneos del funcionamiento cerebral. Para el Dalái Lama, las neurociencias han llevado a cabo grandes progresos en materia de conocimiento fundamental desde hace aproximadamente treinta años, sobre todo en los ámbitos de la motivación, la atención y la gestión de las emociones. Así pues, había llegado el momento de construir un puente entre esta disciplina científica y la meditación o la contemplación[188]. La meditación, para el Dalái Lama, no es más que un medio técnico para mejorar la atención y tomar totalmente las riendas de los estados afectivos. Durante su conferencia declaró: «El acercamiento entre las neurociencias contemporáneas y las disciplinas meditativas, o contemplativas, podría conducir un día a la posibilidad de comprender el impacto de la actividad mental intencional sobre el funcionamiento de los circuitos nerviosos implicados en muchas de las funciones cognitivas».

En Francia, Francisco Javier Varela y su escuela, dependiente del Inserm[189], que habían intentado un acercamiento entre neurociencias, fenomenología y budismo, ya habían constatado esto. Por ejemplo, Varela se preguntaba sobre qué nos enseñan la ciencia y el budismo acerca de las ilusiones de la percepción, del sueño, del conocimiento o de la memoria. Al intentar comprender qué relaciones mantiene la conciencia con el cuerpo y el cerebro, y cómo las investigaciones actuales pueden trastocar todas estas nociones, Francisco Javier Varela, en definitiva, se estaba planteando la cuestión de la naturaleza del espíritu según la ciencia moderna y la experiencia budista[190].

Es necesario constatar que este acercamiento actualmente ya no constituye ningún tabú, como así lo demuestran las investigaciones más recientes realizadas en este campo. En el laboratorio del neurobiólogo Richard Davidson, ubicado en la Universidad de Harvard, se han llevado a cabo experimentos para identificar los cambios de la actividad cerebral durante y después de la meditación. Los tests se realizaron sobre un análisis electroencefalográfico de un grupo de ocho monjes budistas y de otro formado por diez voluntarios que habían aceptado ser entrenados antes, durante una semana, en el arte de la meditación. El entrenamiento consistía en meditar sobre la compasión y el amor. Dos de los voluntarios, y todos los monjes, muestran un aumento de las oscilaciones del potencial de campo medido en la superficie de su cráneo (régimen oscilatorio de tipo gamma, es decir de 70 a 100 hercios) durante la meditación. Al dejar de meditar, la producción de estas oscilaciones vuelve rápidamente al valor inicial en los voluntarios. En cambio, los monjes muestran una actividad oscilante de tipo gamma que sigue siendo elevada tras interrumpir la meditación y esto ocurre así durante un lapso de tiempo de varias decenas de minutos. Hay que señalar que estos mismos monjes habían sido entrenados para meditar sobre el tema de la compasión desde hacía más de diez mil horas. Otra diferencia destacable durante la meditación: el régimen gamma de las oscilaciones es mucho más fuerte en los monjes durante la meditación sobre el amor y la compasión que en las mismas regiones cerebrales de todos los voluntarios. Los resultados de Davidson se publicaron en los informes de la Academia Nacional de las Ciencias de Estados Unidos en 2004[191]. Ilustran otra faceta todavía poco estudiada de la plasticidad cerebral desencadenada por el pensamiento o la meditación.

Otro ejemplo que ilustra este nuevo interés puede extraerse de los trabajos de Jon Kabat-Zinn, en el Center for Mindfulness in Medicine de Worcester, en Estados Unidos. Este médico se interesa por el mecanismo de reducción del estrés basado en la plena conciencia (mindfulness-based stress reduction, MBSR). Su laboratorio estudia la MBSR en el contexto de enfermedades de larga duración acompañadas de dolores crónicos. Estos investigadores han mostrado de qué modo la meditación puede desactivar circuitos nerviosos autorreferentes del cerebro excitados por fuertes dolores. Al mismo tiempo, este trabajo contribuye a una mejor comprensión de las relaciones que rigen la interfaz cuerpo-psique[192].

Finalmente mencionaremos como último ejemplo los trabajos que utilizan la imagen por resonancia magnética nuclear funcional (RMNf) en practicantes budistas, adeptos a la técnica denominada de compasión universal y amor incondicional. Estas investigaciones muestran el papel importante desempeñado por una estructura cerebral denominada la ínsula[193], implicada en la sensibilidad de las vísceras profundas, es decir en la percepción interoceptiva[194]. Gracias a esta estructura, percibimos nuestras sensaciones corporales, estamos informados sobre el estado de nuestras vísceras y, a partir de ahí, del nivel de nuestro estrés y de nuestro humor. Ahora bien, el volumen de esta estructura está en correlación directa con la cantidad de horas dedicadas a la práctica de la meditación.

Es probable que algún día estos conocimientos permitan aplicaciones en los ámbitos de la clínica humana como los déficits de atención o los problemas de ansiedad. En Estados Unidos, se cuentan ya más de doscientos hospitales en los que la meditación se practica a diario como paliativo para los tratamientos farmacológicos, para gestionar la ansiedad de los pacientes en fases terminales de cáncer. Así pues, ha llegado el momento de que las neurociencias empiecen a desvelar los misterios de las prácticas meditativas sobre el funcionamiento cerebral.

LA PLASTICIDAD DEL «HOMO CULTURUS»

¿Y si todas las formas de plasticidad cerebral que acabamos de describir solo existieran debido a la cultura? Para el neuropsicólogo canadiense Merlin Wilfred Donald, que trabaja en la Universidad de Case Western Reserve, en Ohio, Estados Unidos, pertenecer a una cultura, comunicarse con un mismo idioma, significa formar parte de una red de conocimientos e interpretaciones colectivas, es decir, formar parte de una comunidad cognitiva. Ahora bien, el pensamiento simbólico y el lenguaje son fundamentalmente fenómenos de red que solo existen gracias a la interconexión y la regulación de la actividad mental entre varios cerebros[195].

En realidad, a partir de las principales observaciones procedentes de la antropología, la neuropsicología, la primatología y la arqueología, Merlin W. Donald intenta establecer una teoría general de los orígenes de la cognición humana y sus influencias sobre el aparato cognitivo del hombre moderno. Sus trabajos suponen puntos de partida para la reflexión: «Los seres humanos poseen un cerebro eminentemente maleable. Un cerebro humano en desarrollo es una especie de bola de nieve que captura todo lo que encuentra a su paso. […] Sin embargo nuestra “superplasticidad” no poseería ninguna función adaptativa si no fuéramos al mismo tiempo sujetos que evolucionan en una sociedad culturalmente imprevisible[196]». Según su punto de vista, para la mayoría de las especies, una «superplasticidad» sería un impedimento ya que esta aptitud lleva al sujeto hacia la inestabilidad. Podría ser que un cerebro «supermoldeable» supusiera, a fin de cuentas, una debilidad que no aportaría ninguna ventaja adaptativa si el sujeto evolucionara en un mundo estable y previsible, al contrario del mundo del Homo sapiens. En cambio, el espacio creativo, cultural, fruto de la actividad mental humana sería el verdadero motor de la plasticidad cerebral. En este marco, el cambio ya no es de orden biológico, sino que más bien es sustituido por el producto de la cultura. Tal como ya señalaba Edgar Morin en 1973, «así como antes veíamos al Homo sapiens desembarazarse con un salto majestuoso de la naturaleza y producir, gracias a su hermosa inteligencia, la técnica, el lenguaje, la sociedad y la cultura, ahora, por el contrario, vemos la naturaleza, la sociedad, la inteligencia, la técnica, el lenguaje y la cultura coproducir el Homo sapiens a lo largo de un proceso de varios millones de años[197]».

4. EL CEREBRO REPARADO

Háblale a mi culo, mi cabeza está enferma.

DICHO POPULAR

Tal como hemos visto, lo que mejor caracteriza a los vertebrados es esa cabeza de estilo nuevo. Nuestra familia tiene motivos de sobra para sentirse orgullosa de ella y para protegerla, a veces con un sombrero para evitar la insolación, y otras con cuernos y otro tipo de defensas contra los adversarios que intentan atacarla. En efecto, en un combate el objetivo primero es la cabeza; triste privilegio que comparte con el corazón, también él indispensable para la vida.

El demonio de la curiosidad habita en la especie humana y es fácil concebir que el hombre haya intentado desde sus orígenes saber qué contiene esta extraordinaria cocorota que suena a hueco y se rompe cuando recibe un golpe. Mucho antes de las civilizaciones antiguas, los hombres prehistóricos practicaban la trepanación cuyo significado sigue estando sujeto a la interpretación. La piedra de Rosetta del descubrimiento del cerebro consiste en dos documentos ilustres: el papiro Edwin Smith y el papiro Ebers. En ambos casos, se trata de los primeros tratados médicos que reúnen observaciones clínicas de trastornos relacionados con heridas del cerebro y los intentos de corrección mediante cirugía. Sin embargo, la descripción del cerebro dañado, así como la de su morfología y su estructura interior, no progresó hasta el Renacimiento. No obstante, los especialistas en historia de la neurología son elocuentes. Tras los casos descritos por Hipócrates o Galeno, los médicos griegos y más tarde los médicos árabes describieron las epilepsias, parálisis o locuras que acompañaban las lesiones localizadas del cerebro. Los barberos eran a veces hábiles en la realización de trepanaciones y en la reparación de hundimientos craneales. Ambroise Paré fue su maestro legendario. En cuanto a Napoleón, supo convertirse en un proveedor generoso de cabezas heridas. El siglo XIX transformó la ciencia del cerebro con el nacimiento del método clínico-anatómico que continuó durante todo el siglo XX.

Este método inaugurado por Broca consiste en relacionar el estudio de la lesión del cerebro —su localización, su extensión, su profundidad— con los síntomas presentados por un enfermo. Se estableció un acuerdo sobre el hecho de que el cerebro es la sede de nuestras facultades animales e intelectuales —sin preocuparse demasiado por el alma, celosamente preservada en los graneros del espíritu— y su guardián. Actualmente la pregunta «¿Espíritu estás ahí?» ha perdido interés en beneficio de los hacedores de algoritmos. La cabeza, por su parte, no ha perdido ni un ápice de su prestigio y es a ella a la que, con su rostro y esa mirada tan expresiva, es necesario dirigirse cuando está en juego hacer un hombre educado, según los preceptos de Montaigne[198]: «También quisiera que se eligiera con esmero para él un conductor [precepto] que más que tener la cabeza muy llena, la tuviera bien hecha».

Antes de abordar el tema del cerebro enfermo, deseamos evitar un engorro importante que confunde de forma obstinada el acercamiento al enfermo. ¿Depende de la psiquiatría o de la neurología? Aquí nos topamos con el célebre mind-body problem que tiene que ver tanto con la psicología popular como con la metafísica más ardua, y los especialistas que la practican son a menudo los primeros en no comprender. Uno de los resultados de Mayo del 68 en Francia fue, además, el divorcio entre ambas disciplinas, la neurología y la psiquiatría: la primera con sus batallones de radiólogos y bioquímicos, la segunda con sus psicoterapeutas de todo tipo y sus huestes belicosas de psicoanalistas de piquito de oro. La época actual está a favor de la reconciliación; sin embargo, la explosión de nuestros conocimientos sobre el cerebro no parece haber solucionado la cuestión de las relaciones eventuales de la psiquiatría con el sistema nervioso central o, mejor dicho, de lo que se cree saber de la estructura y del funcionamiento del encéfalo con lo que se cree saber del estudio de las enfermedades mentales. La formulación más trivial —no solo entre el público más experto— consiste siempre en preguntar «si las causas de los trastornos mentales son orgánicas o no». Las referencias solo pueden aplicarse a la afirmación perentoria o a la negación.

En su ensayo sobre el cerebro, Georges Lantéri-Laura[199] deja hablar al sentido común: «Para no quedarse atrapado en esta vía sin salida, señalemos en primer lugar una ingenuidad que puede llegar a ser muy perjudicial. Cuando nos preguntamos si la psiquiatría remite a una patología psíquica o a una patología orgánica, dejamos de lado la evidencia poco discutible de que toda la vida psíquica, tanto consciente como inconsciente, tanto intelectual como afectiva, etcétera, funciona gracias al sistema nervioso central y, en particular, en el encéfalo, al córtex. Tanto si se manifiesta como la sutilidad efectiva de un razonamiento o la delicadeza viva de una pasión, la vida psíquica no existiría sin el cerebro, a menos que se defienda con rigor el angelismo[200], que, sin duda, no parece contradictorio, pero que ignora cualquier dato clínico y experimental incómodo que habría que refutar. Esto significa sencillamente que el estado actual de los conocimientos nos hace considerar que cualquier experiencia vivida de razonamiento, de sentimiento, de imaginación, etcétera, incluye una actividad cerebral, aun cuando dispongamos de pocas informaciones concretas sobre el asunto. Nos consideramos bastante bizantinos para poder ver en el angelismo una teorización racional, sin embargo no la rechazamos».

Este problema nos devuelve al que mencionábamos al inicio de este libro: el «alma», pasajera clandestina que invade nuestro cerebro. Recordemos sobre este aspecto la frase del psiquiatra suizo Auguste Forel[201]: «El alma y la actividad del cerebro vivo son la misma cosa». Tanto si elegimos ser médico del alma como del cuerpo, acabamos siempre por tratar de curar la carne magullada.

ESTADÍSTICAS POCO ALENTADORAS

En Europa, donde se calcula que la población es de setecientos cuarenta y cinco millones de habitantes, aproximadamente un cuarto de la población tiene más de 65 años. Para las autoridades públicas, el envejecimiento de la población es la causa del aumento de los casos de demencias seniles y preseniles. Veremos que la edad no lo es todo, el cerebro es sensible a otros factores mucho más dañinos, como el aburrimiento o los trastornos del humor. Sin embargo, además de los retos evidentes de salud pública, las enfermedades neurológicas plantean problemas socieconómicos importantes. Según la Organización Mundial de la Salud, las disfunciones cerebrales provocan el 40 % del gasto europeo en materia de salud pública. En Europa, se calcula ya que hay seis millones de personas que sufren la enfermedad de Alzheimer, un millón y medio de personas con Parkinson, dos millones que sufren las consecuencias de un accidente vascular cerebral y, finalmente, dos millones y medio de epilépticos. En total, estas enfermedades representan un coste de 300 000 millones de euros anuales.

La situación es igualmente poco alentadora en el ámbito de las enfermedades mentales. En Europa, representan las primeras causas de fallecimiento entre las personas de 25-35 años; un adulto de cada cuatro sufre o sufrirá a lo largo de su vida trastornos mentales. Varias decenas de millones de personas sufren trastornos del humor (depresiones, ansiedad) y cinco millones sufren psicosis (delirios, esquizofrenia, etc.).[202] Ante estas cifras, hay que constatar que nuestra sociedad no es capaz de hacer frente a este problema si no es mediante la reclusión o los psicotrópicos que se prescriben masivamente. Sin embargo, esto no siempre ha sido así. En las primeras sociedades, la locura tenía a menudo un carácter sagrado. Los tiempos han cambiado mucho desde que Herodes decía de Jesús: «Ya que es un loco, no debe ser juzgado». Los jueces utilizan a veces el mismo aforismo apoyado por el código civil.

Desde que los científicos han dejado de considerar el cerebro como una caja negra —de ello hace cincuenta años—, se empieza a conocer mejor la naturaleza de los desajustes responsables de las enfermedades neurológicas o mentales. Este conocimiento, adquirido algo tardíamente, permite en la actualidad actuar de forma más selectiva sobre las disfunciones cerebrales. Vamos a abordar aquí el caso del cerebro que envejece, del que sufre las angustias de las enfermedades neurológicas o de las afecciones mentales que hunden al enfermo en las tinieblas, de las que todavía no sabemos si son un purgatorio o un infierno.

EL CEREBRO ENVEJECIDO

Contrariamente al mito que consiste en creer que el cerebro adulto pierde diariamente en torno a cien mil neuronas, cifra que puede aumentar con la ingesta de alcohol o con el tabaquismo, sabemos actualmente que el número total de neuronas no depende tanto de la edad del sujeto sino de la naturaleza de sus neuronas[203] (algunas «grandes», que poseen proyecciones a distancia, se transforman con el paso del tiempo en neuronas «pequeñas» locales). Puesto que el cerebro del niño de entre 9 y 10 años alcanza ya el 90 % de su tamaño final, se ha creído durante mucho tiempo que a partir de este límite las capacidades evolutivas de dicho órgano eran limitadas. Sin embargo, se ha descubierto que el cerebro adulto (de 20 a 80 años) sigue siendo la sede de cambios estructurales y funcionales permanentes. En cambio, no hay duda de que las facultades mentales disminuyen con la edad, dado que los circuitos nerviosos dejan de ser estimulados por la novedad y el asombro. Según este principio, la máxima: «No se puede enseñar a un mono viejo a hacer muecas» podría transformarse en: «Si un mono viejo no aprende a hacer muecas, las olvidará todas».

Por supuesto, todas las funciones cognitivas no sufren del mismo modo los efectos devastadores del tiempo. Si bien operaciones mentales como la rotación mental de un objeto en el espacio, el cálculo, la memorización o la lectura disminuyen con la edad, para otras facultades mentales el proceso es a la inversa, por ejemplo, el enriquecimiento del vocabulario[204]. Estudios realizados a partir de muestreos aleatorios entre la población francesa durante cierto tiempo muestran que determinadas funciones perceptivas y cognitivas se degradan con la edad, mientras otras permanecen estables, o incluso siguen mejorando[205]. En general, se considera que las primeras funciones que se degradan con la edad son las ejecutivas. Desde hace unos años, se ha descubierto (o redescubierto) que recobrar la forma física y la reeducación del aprendizaje contribuyen a ralentizar los efectos nefastos del tiempo sobre el cerebro. En ausencia de estimulaciones mentales, la persona hiperactiva que se ve obligada a abandonar totalmente su actividad profesional, al haber alcanzado el límite de edad legal, se verá forzosamente confrontada, antes o después, con deficiencias cognitivas relacionadas con la interrupción brutal de su actividad intelectual.

Esto es un hecho, ya que vivimos más tiempo[206], y será necesario que nos acostumbremos a conocer cada vez más a personas con sus facultades mentales en declive, o incluso dementes, porque la sociedad moderna ya no sabe ocuparse de los cerebros envejecidos que, por consiguiente, se aburren y prefieren ponerse enfermos. Esta injusticia tiene consecuencias múltiples. No solo priva a la persona enferma de su identidad, sino que, además, deja a la sociedad sin el saber de los ancianos acumulado con el paso del tiempo, es decir, su sabiduría.

DEMENCIAS Y OTRAS PATOLOGÍAS MENTALES

La degeneración de las neuronas (o neurodegeneración) es fruto de una muerte celular más o menos rápida y, con frecuencia, selectiva (por ejemplo las neuronas dopaminérgicas en el caso de la enfermedad de Parkinson). La propia velocidad de la «muerte celular» depende de los procesos involucrados. Cuando un tejido resulta dañado por un trauma, las células mueren siguiendo un proceso rápido que los especialistas denominan necrosis. En cambio, si no se produce un accidente, la célula puede elegir el suicidio para morir. En este caso, activa un programa genéticamente definido: la apoptosis. En realidad, la mayoría de nuestras neuronas mueren poco. Sin embargo, cuando se declara una enfermedad neurodegenerativa, la muerte celular se acelera, a semejanza del cerebro parkinsoniano en el que se distinguen tres categorías de neuronas: neuronas sanas pero que están envejeciendo, neuronas que mueren en pocos días por apoptosis y sobre todo neuronas en estado de debilitamiento patológico que mueren lentamente en un lapso de varios meses. ¿Contra qué debemos arremeter para combatir la evolución de esta enfermedad? ¿Contra el envejecimiento normal, la muerte programada o la muerte lenta patológica? Muchos equipos de investigación han elegido ralentizar la apoptosis. Probablemente se trate de un error estratégico ya que la apoptosis solo atañe a una fracción ínfima de la muerte celular, al menos en los enfermos de Parkinson.

Dado que los circuitos nerviosos implicados en la motricidad están bien identificados, los síntomas que acompañan la enfermedad de Parkinson pueden tratarse de forma específica, además de aplicar los tratamientos cuyo objetivo es ralentizar la apoptosis. La administración de dopamina o sustancias análogas es una estrategia terapéutica posible. Sin embargo, cuando una persona recibe dopamina, los movimientos lentos que caracterizan la enfermedad dejan paso a un frenesí, la hiperquinesia. Para evitar estas complicaciones, recientemente se han elegido otras estrategias. Estas consisten en intervenir directamente en el lugar defectuoso. Por ejemplo, unos electrodos metálicos unidos a un marcapasos pueden implantarse en una estructura muy profunda del cerebro, de unos milímetros de anchura, denominada núcleo subtalámico. Allí, descargan impulsos eléctricos que estimulan los circuitos alterados por la enfermedad. Este método permite a los enfermos de Parkinson recobrar los movimientos normales, coordinados. Aunque todavía no se aplique esta técnica a gran escala (el implante de electrodos se realiza en aproximadamente un 5 % de los casos de Parkinson), constituye sin embargo un avance científico innegable.

La terapia génica es una alternativa reciente al uso de electrodos estimulantes. El objetivo de este método es la sustitución del gen defectuoso. Tiene dos modalidades: o bien se sustituye directamente el gen con ayuda de un vector especial[207] que, una vez introducido en el cerebro, puede soltar directamente el gen en cuestión dentro de las neuronas; o bien consiste en modificar previamente células en cultivo antes de introducirlas en forma de injertos. Aunque el conjunto de estos métodos resulta muy satisfactorio a nivel teórico, es necesario subrayar la enorme dificultad que plantea dominarlos técnicamente, debido a la inmensa diversidad de las neuronas del cerebro. Antes de que la medicina pueda beneficiarse, sin riesgo, de los progresos de la terapia génica y celular en el ámbito de la reparación cerebral, serán necesarios varios años de investigación.

¿Qué sabemos actualmente de otra patología muy popular y cuyos efectos producen una invalidez profunda, la enfermedad de Alzheimer? De entrada diremos que se trata de la afección neurológica más extendida (ochocientas mil personas en Francia), caracterizada por la pérdida irreversible de determinadas neuronas y que conduce a la persona enferma hacia la demencia. Las patologías neurológicas asociadas a esta enfermedad son consecuencia de una acumulación de placas (denominadas seniles) que el cerebro no puede (o no sabe) eliminar. A dicha acumulación de placas, hay que añadir la pérdida de neuronas relacionada con los amasijos de una proteína denominada tau, que se acumula en el interior de las neuronas. Según los partidarios de esta segunda hipótesis, la causa del mal procede de la acción de la proteína tau asociada a la degeneración neurofibrilar[208] que causaría la muerte de las neuronas. Una tercera teoría, que cuenta con muchos menos defensores dentro de la comunidad científica, supone que la enfermedad surge cuando el cinc y el cobre se acumulan en el cerebro debido a los efectos nefastos de nuestro medio ambiente. Aunque estas tres hipótesis se presenten de forma contradictoria, es posible que la enfermedad sea el resultado de una combinación de todos estos mecanismos.

El primer territorio afectado por la enfermedad es el hipocampo, una región del sistema límbico, denominada así por su forma, indispensable para formar la memoria a corto plazo cuyo contenido se transfiere rápidamente hacia el córtex, lugar de almacenamiento a largo plazo. Después, la enfermedad se extiende a las estructuras vecinas, afectando a las regiones responsables del humor y de las emociones, lo que se traduce en la aparición de episodios en los que el paciente se siente muy agitado y confuso. El diagnóstico no es fácil ya que, al principio, la enfermedad puede confundirse con una pérdida de las funciones cognitivas relacionada con el envejecimiento. Para establecer un diagnóstico más preciso, capaz de eliminar cualquier ambigüedad, existen dos métodos posibles. Los exámenes clínicos cuyo objetivo es evaluar el grado de atención pueden detectar señales precoces. Estas pruebas se basan en evaluaciones de los potenciales mencionados o registros en tomografía mediante emisión de positrones o bien por resonancia magnética funcional. Un segundo método, radicalmente distinto, consiste en identificar los genes del sujeto. Actualmente se conocen algunos determinantes genéticos de la enfermedad[209]. Entre estos genes, el factor de riesgo más elevado es el ApoE4 cuando ha mutado. Este gen regula precisamente la producción de una proteína que facilita el transporte del colesterol y de otras materias grasas que lleva la sangre. La presencia del gen ApoE4 indica que el sujeto presenta una mayor posibilidad de desarrollar la enfermedad de Alzheimer. Quince años después de este primer descubrimiento, se han identificado otros tres genes nuevos: PICALM, CLU y CR1. En abril de 2011, se asociaron a la enfermedad cinco factores suplementarios de predisposición genética: ABCA7, MS4A, EPHA1, CD2AP y CD33.

El conjunto de estos avances en el campo de la genética humana ofrece varias ventajas. Permite profundizar en los conocimientos de los mecanismos patológicos que desencadenan la enfermedad, reforzar los lazos entre la enfermedad de Alzheimer y el riesgo cardiovascular y, por fin, identificar nuevos factores de riesgo relacionados con la edad. Sin embargo, la presencia de uno de dichos genes es una indicación, pero jamás una certeza. Únicamente el examen diagnóstico retrospectivo, efectuado de forma post mortem, permite actualmente confirmar o no el verdadero estatuto del enfermo[210].

Ya hemos señalado varias veces en este libro que el cerebro adulto es un órgano dotado de gran plasticidad. Esta facultad intrínseca que se expresa a lo largo de toda la vida disminuye más rápidamente con la edad en casos de erial intelectual. En otras palabras, cuanto más activas intelectualmente sean las personas entradas en años, mayores son sus posibilidades de retrasar la aparición de la enfermedad. Basándose en esta observación, un equipo japonés ha puesto a punto un método denominado learning therapy, que consiste en combatir la demencia senil mediante la utilización de dispositivos centrados en la lectura en voz alta combinada con el cálculo mental[211]. El objetivo que se persigue es, ni más ni menos, mantener alerta el funcionamiento cerebral de las personas mayores, paliando las deficiencias sensoriales y de atención. Los resultados parecen ser positivos. No hay duda de que el enriquecimiento del entorno constituye un complemento eficaz a las terapias consideradas más clásicas.

LAS ENFERMEDADES DE LA PSIQUE

La cuestión de la identificación del origen de los trastornos mentales no resulta fácil y esta dificultad no es algo nuevo. En la literatura encontramos pruebas que demuestran que se trata de una cuestión antigua. Ya en la Grecia antigua, los poemas de Homero hablan de la locura como de un castigo de los dioses cuando se sienten ofendidos. Sin embargo, es con Hipócrates y su teoría de los temperamentos (teoría humoral) cuando encontramos la primera clasificación verdadera de las afecciones mentales, como la manía, la melancolía[212], la paranoia y la epilepsia. Según él, estas patologías mentales están relacionadas con los rasgos del comportamiento humano, es decir, los temperamentos sanguíneo, colérico, flemático y melancólico.

Durante los siglos posteriores a la enunciación de esta teoría, las causas de los desórdenes mentales siguieron sin conocerse y los síntomas no se definieron correctamente, lo cual dificultó su diagnóstico. El siglo XX conoció el antagonismo de dos escuelas de pensamiento: la que defiende la tesis psicodinámica o psicoanalítica (a su vez dividida en distintas corrientes) y la que defiende la tesis organicista y localizadora, que intenta explicar y tratar la enfermedad mental a la luz de los descubrimientos neurobiológicos, psicofarmacológicos y genéticos[213]. Actualmente, el modelo que prevalece al enfrentarse a un trastorno mental intenta reconciliar ambas tendencias. El enfoque biológico es casi siempre a base de medicamentos, pero no solo (véase el capítulo siguiente), ya que va acompañado de un seguimiento psicoterapéutico.

Los neuropsiquiatras del mundo entero se asocian para indexar los criterios diagnósticos de estas enfermedades en un manual de referencia: el Manual diagnóstico y estadístico de los trastornos mentales (DSM), cuya quinta edición está ya en preparación[214]. Quince años después de su última revisión, este manual sigue siendo una base consensuada para los psiquiatras. Los conocimientos recientes provocan la puesta al día de la obra. El objetivo expreso es dar una dimensión nueva al diagnóstico de las enfermedades mentales. Hasta entonces, se trataba de establecer categorías precisas con propiedades claramente definidas y con fronteras libres. Ahora bien, algunas patologías mentales se resistían a esta categorización. Así pues, los psiquiatras eligieron un acercamiento pluridimensional con el objetivo de establecer escalas de grado que permitieran definir categorías clínicamente homogéneas. Detrás de esta iniciativa, está la esperanza de poder identificar más fácilmente los mecanismos fisiopatológicos que desencadenan las afecciones psiquiátricas. Por ejemplo, el tener en cuenta el número de episodios o bien la naturaleza del último de ellos (depresivo, maníaco o hipomaníaco, por ejemplo) permite definir formas clínicas diferentes de la depresión.

La aparición de la biología molecular y de la genética de los comportamientos ha permitido realizar grandes avances en materia de salud mental. Actualmente se han identificado algunos genes implicados en la transmisión de la vulnerabilidad genética a la depresión, la esquizofrenia o el autismo. Estudios de carácter familiar, realizados con gemelos y niños adoptados muestran el papel determinante que desempeñan los factores genéticos en la transmisión de determinadas enfermedades psiquiátricas. En el caso del autismo, por ejemplo, el riesgo de que los dos individuos de una pareja de gemelos sufran la enfermedad es de cinco a diez veces más elevado que entre mellizos, y en el caso de tener un hermano o hermana enfermo el riesgo de sufrir la enfermedad es de diez a cincuenta veces más elevado que el de la población en general. El arsenal terapéutico futuro en materia de tratamiento de las enfermedades psiquiátricas debería ser capaz de evolucionar hacia la individualización terapéutica. El análisis del bagaje genético del paciente con miras a ofrecerle una medicación óptima es el campo de posibilidades que ofrece actualmente la medicina personalizada a la psiquiatría del futuro, progresos científicos que tanto Aldous Huxley como George Orwell quizá no se hubieran negado a reconocer.

CUANDO EL CEREBRO SE APROPIA DE UN MIEMBRO PERDIDO

La organización anatómica del córtex sensorial o motor se describe en términos de territorio. Los órganos sensoriales se proyectan sobre regiones precisas del cerebro que se denominan áreas corticales primarias (véase el capítulo 2). En estas regiones se han identificado cartografías precisas del cuerpo, desplazando un electrodo de registro por la superficie del córtex mientras se aplicaban a la piel estímulos apropiados. Toda la superficie del cuerpo se halla representada en la superficie del cerebro. Esta representación no es fiel a la realidad física. Según el principio de una proyección deformada del envoltorio corporal en nuestro córtex, las capacidades de movimiento y percepción de nuestro cuerpo se apoyan en representaciones codificadas en nuestro cerebro, cuyo conjunto forma un «esquema corporal». A modo de sombras chinescas animadas sobre la superficie de nuestro córtex, estos mapas forman hombres en miniatura denominados homúnculos, respectivamente sensorial y motor, que habitan nuestro cerebro.

El tamaño relativo de las superficies periféricas representadas en el córtex varía según la importancia de la modalidad sensorial de la especie considerada: a semejanza de los bigotes y del morro que dominan en el topo, en el mono son la cola y el rostro y en el Homo sapiens, la mano y las regiones orales. Los contornos de estos mapas, aun estando genéticamente definidos, difieren de un sujeto a otro de una misma especie, ya que la experiencia sensorial y motriz los redibuja constantemente.

Las primeras demostraciones de las variaciones importantes de los contornos de los mapas, provocadas por privaciones sensoriales, fueron realizadas en la década de 1980 por dos investigadores estadounidenses, Michael Merzenich y John Kaas. Desde entonces, numerosas observaciones llevadas a cabo tras manipulaciones del comportamiento, o tras un accidente, han confirmado la aptitud del córtex para redibujar sus propios mapas. La zona de representación de la mano se reduce si los dedos están inactivos o si se seccionan los nervios periféricos. Por el contrario, tras un aprendizaje durante el cual un primate aprende a utilizar únicamente los dedos medios de las manos, el área de representación de dichos dedos invade la de los dedos vecinos que permanecen inmóviles. Esto demuestra una vez más el carácter anticuado del viejo debate entre lo innato y lo adquirido y la maleabilidad del sistema nervioso central. Estos datos subrayan también el error cometido por Robert Schumann, que, para perfeccionar su técnica pianística, inventó un aparato que servía para inmovilizar el cuarto dedo de su mano derecha durante los ejercicios musicales. El resultado fue desastroso; un año más tarde tuvo que poner fin a su carrera de virtuoso debido a la dificultad cada vez mayor que tenía para manipular precisamente los dedos[215].

La plasticidad extrema de los mapas corticales se manifiesta también en la existencia de miembros denominados «fantasmas[216]». Con frecuencia nos encontramos con esta situación en las personas que han sufrido una amputación de la mano, de un brazo o de una pierna[217]. La sensación del miembro perdido procede de la reorganización de los homúnculos y de la incapacidad de los mapas sensoriales de recibir información del miembro desaparecido. En resumen, si el sujeto sigue experimentando el dolor[218] del miembro perdido, esto es debido a un exceso de plasticidad. El dolor fantasma es fruto de una incoherencia entre la intención del cerebro de mover el miembro dañado y la ausencia de respuesta a nivel del mismo. Las sensaciones de dolor son así consecuencia de una reacción producida por los territorios vecinos que intentan compensar ese letargo. El uso del espejo en el que la persona ve reflejado el miembro válido, en lugar del miembro perdido, permite que los mapas silenciados se despierten, ya que ese simple espejo crea una ilusión del miembro lesionado en movimiento. Esta terapia es suficiente para conseguir que desaparezcan los dolores crónicos, avance de enorme importancia conseguido gracias a la plasticidad sorprendente del cerebro. En resumen, es necesario convencer al cerebro de que el miembro desaparecido sigue ahí. Otros neurólogos prefieren, también con éxito, sumergir al paciente en una realidad virtual en la que se desenvuelve su avatar en posesión de todos sus miembros (véase el capítulo siguiente). Algunas sesiones bastan para que el hecho de imaginarse dentro de ese mundo virtual engañe al cerebro y desaparezcan los dolores del miembro fantasma.

Esta capacidad maravillosa de nuestro cerebro de poder remodelar sus circuitos neuronales y, por lo tanto, de reprogramar su actividad resulta asombrosa en situaciones de lesión o pérdida de un miembro. Se manifiesta también cuando el sujeto recibe un miembro injertado. Angela Sirigu, que trabaja en el Instituto de Ciencias Cognitivas de Lyon, ha mostrado de qué forma el cerebro de un receptor integra los miembros que le son injertados. En 2009, con ayuda de la imagen por resonancia magnética funcional, observó que el córtex motor correspondiente al área de una mano injertada en el año 2000 podía recuperarse de la atrofia detectada antes del injerto[219]. En el momento en que la persona perdió la mano, el cerebro se armonizó con el cuerpo modificado, borrando las representaciones motrices y sensitivas del miembro desaparecido. Para ello, las neuronas encargadas de inervar los músculos de la mano desaparecida habían invadido progresivamente los músculos del brazo. Esta redistribución iba acompañada de una «exclusión cortical» que se traducía en la desaparición de la representación del miembro a nivel del cerebro. Ahora bien, se creía que este proceso era irreversible después de pasado cierto tiempo. Sin embargo, en contra de este dogma, los neurólogos de Lyon constataron no sin sorpresa que después del injerto de la mano el territorio del córtex (motor y sensitivo) correspondiente que había abandonado la mano desaparecida podía reapropiarse de la nueva mano injertada. En cierta forma, el injerto de la mano había provocado una remodelación global del mapa cortical del miembro e invertido el proceso de exclusión cortical desencadenado por la amputación. Estas remodelaciones tardías de los mapas corticales y su reversibilidad aportan nuevas pruebas de la aptitud sorprendente del cerebro adulto para reconfigurarse.

CEREBRO LESIONADO, CEREBRO FALLIDO

Muchos invertebrados poseen la capacidad de regeneración total de un miembro o de un órgano, incluido el sistema nervioso. Al parecer los animales llamados superiores, y el hombre en particular, han perdido esta facultad, que nunca es total. Sin embargo, disponen aun así de muchas capacidades de rehabilitación que permiten, al menos parcialmente, suplir algunas insuficiencias o carencias. Un ejemplo de esta facultad de adaptación queda ilustrado por la posibilidad de que una función perdida —por ejemplo, cuando un territorio cortical se lesiona sea asumida por la región homóloga del otro hemisferio. Harvey Levin, del Baylor College of Medicine, en Houston, se interesó por el caso de un adolescente que no tenía ninguna dificultad espacio—visual a pesar de haber sufrido una lesión parietal derecha importante durante su juventud. En cambio, le costaba mucho calcular. Los exámenes clínicos revelaron que el lóbulo parietal izquierdo al sustituir al derecho sufría interferencias que afectaban su función primaria, el cálculo.

El estudio del caso de M. M., de 37 años, que solo dispone de una mitad de cerebro funcional desde su nacimiento, nos ofrece otro ejemplo también espectacular. A pesar de esta deficiencia grave, esta joven ha conseguido completar una escolarización normal, obteniendo el título de bachillerato sin dificultad. Según sus profesores, posee un talento fuera de lo común para retener cifras. Al examinar las estructuras cerebrales de esta mujer, gracias a la imagen por resonancia magnética, los neurólogos observaron que una lesión cerebral prenatal le había hecho perder toda la parte izquierda del cerebro. De forma sorprendente, el hemisferio derecho era capaz de suplir las funciones que hubiera tenido que realizar el hemisferio izquierdo destruido.

La posibilidad, en el caso de determinados circuitos nerviosos, de reconvertirse para poder hacerse cargo de una función que no está (o ya no está) garantizada, ya se conocía gracias al estudio de casos de ciegos de nacimiento que leían en braille. En estas personas, el tacto activa las regiones occipitales que en principio están dedicadas a la visión. En este caso, se trata de zonas adyacentes a la lesión que «reciclan» el territorio que ha quedado inerte, según un proceso de recuperación que los neurólogos denominan map expansion.

Otro ejemplo, tomado también de la visión, atañe a la visión ciega. Algunas personas sufren ceguera, pero poseen aun así una visión llamada visión «ciega». De forma sorprendente, estos sujetos se desplazan evitando obstáculos que no ven conscientemente. Este es el caso de un paciente que en 2003 sufrió un accidente vascular en el córtex visual primario del hemisferio izquierdo y, dos meses después, otro en el córtex visual del hemisferio derecho. Aunque la retina y el trayecto nervioso no sufrieron daño alguno tras los dos accidentes, esta persona se volvió ciega ya que su córtex visual primario dejó de responder a las señales. Sin embargo, ante el retrato de una persona asustada, mostraba signos de miedo, aunque decía no ver ningún rostro. Es sorprendente cómo los sujetos que sufren visión ciega sienten las emociones expresadas por un rostro o una postura sin ser capaces de identificar el objeto que tienen delante. Este caso clínico ilustra la estrecha relación que une la visión consciente e inconsciente. En el caso de la visión ciega, regiones subcorticales y corticales distintas al córtex visual primario se encargan de la visión residual tras reorganizarse para compensar la pérdida. Una región denominada colículo superior, situada en el área subcortical[220], desempeña sin duda un papel central en esta reorganización. Este territorio recibe informaciones procedentes de la retina y las transfiere hacia el córtex visual. En el caso de la visión ciega de las emociones, otra región del cerebro, el núcleo amigdalino, participa en la experiencia inconsciente. Estos casos clínicos muestran que el cerebro de un paciente, incluso adulto, puede ser capaz de innovación tras sufrir una lesión o una malformación para compensar una función perdida de la que se encargarán circuitos vecinos.

EL CEREBRO ESTRESADO

Cuando vivimos un acontecimiento desagradable, potencialmente peligroso, funciona una alquimia precisa en el cerebro que permite a nuestro organismo prepararse para la huida, anticipar un combate inminente o inhibir la acción y optar por un statu quo. Por supuesto, la estrategia de comportamiento elegida corresponde a la situación que ha engendrado ese estrés, pero también a la experiencia fruto del pasado. En este caso, la adrenalina se constituye en la hormona de la salvación; permite movilizar las energías vitales para el combate u organizar la huida. Lo que el sujeto siente bajo la forma de un ritmo cardiaco acelerado, de un aumento de la presión arterial, de palpitaciones o de una respiración entrecortada, es la respuesta fisiológica al estrés agudo. Estos efectos los notamos, por ejemplo, al pasear por el jardín y ver a lo lejos algo que puede parecerse a una serpiente (pero que no es más que una simple manguera). Por suerte este cuadro sintomático nunca dura más de una hora. El origen filogenético de esta disposición para emocionarse tan velozmente es lejano. Surge con la aparición del sistema límbico de los mamíferos. Esta respuesta aguda al estrés puede percibirse como excitante e incluso beneficiosa en determinadas situaciones ya que pone los sentidos en estado de alerta. La influencia de la adrenalina garantiza un estado de atención máxima y una buena preparación para la acción, la huida o la lucha (fight or flight).

En cambio, cuando estos mismos acontecimientos se repiten indefinidamente, el estrés excesivo acaba por resultar agotador, incluso peligroso para la salud. El estrés que se convierte en crónico representa una situación que ha ido movilizando de forma progresiva la atención de todo el cuerpo y del espíritu y surge cuando el sujeto ya no ve una salida favorable a su situación. Sin esperanza, abandona cualquier búsqueda de solución y tolera esta experiencia desagradable. Las tasas de glucocorticoides[221] se disparan durante periodos de varios años. Como ya vimos, el hipocampo desempeña un papel importante en el aprendizaje y la memoria declarativa (la memoria de lo que podemos describir verbalmente, más que la de las habilidades). Por lo tanto, se encuentra en primera línea ante los efectos devastadores del cortisol basal en dosis elevadas. En consecuencia, un estrés crónico se traduce en un deterioro de las capacidades mnésicas, dañando las facultades de aprendizaje y adaptación. El otro efecto nefasto de las tasas elevadas de cortisol basal, por lo tanto del estrés, en el hipocampo se traduce en una mayor posibilidad de caer en la depresión. De hecho, aunque estemos relativamente bien adaptados a las respuestas fisiológicas del estrés agudo (al cual antaño el hombre se veía sometido ante la visión de un depredador, por ejemplo), somos muy vulnerables ante las situaciones que concurren a la aparición del estrés crónico.

Actualmente se conoce el mecanismo por el cual el estrés crónico altera los receptores de serotonina (aumento de los receptores corticales de tipo 5-HT2a y disminución de los receptores 5-HT1a en el hipocampo). Además, estas mismas modificaciones de los receptores de serotonina se observan en personas víctimas de suicidio, mientras que la administración crónica de antidepresivos provoca cambios inversos a los producidos por el estrés crónico.

Desde hace tiempo sabemos que las personas depresivas muestran hiperactividad del eje hipotalámico-hipofisario-adrenal (o HPA) y que un estado prolongado de inhibición de la acción, que activa de manera desmesurada el eje del estrés (HPA), favorece la aparición de un estado depresivo. Este estrés crónico, al activar de forma exagerada el eje HPA, conduce a cambios estructurales casi irreversibles en determinadas regiones cerebrales. En concreto, el hipocampo sufre pérdidas neuronales muy importantes bajo el efecto de un estrés prolongado unidas sobre todo a una desensibilización de los receptores de glucocorticoides, lo que provoca efectos tróficos negativos.

En las personas que padecen una enfermedad en la cual se produce cortisol de forma excesiva (por ejemplo el síndrome de Cushing), se observa una incidencia elevada de episodios depresivos y su depresión puede tratarse a partir de que la tasa de cortisol alcanza valores normalizados. Por lo tanto, el producto final del eje HPA, los glucocorticoides, desempeña un papel en el estado depresivo al influenciar varios sistemas de neurotransmisores, entre ellos la serotonina, la noradrenalina y la dopamina, la tríada química implicada con fuerza en la depresión.

LA REMEDIACIÓN COGNITIVA

La remediación cognitiva consiste en un proceso de entrenamiento y aprendizaje dirigido a las áreas corticales implicadas en los fenómenos de atención, aprendizaje, memoria, planificación y ejecución. Este método utiliza técnicas concebidas para mejorar los rendimientos cognitivos de sujetos cuyas funciones mentales se han visto alteradas por un traumatismo (AVC, tumor, traumatismo craneal, etc.) o debido a una patología neurológica incipiente (enfermedad de Alzheimer, etc.) o psiquiátrica (depresión, esquizofrenia[222], etc.). El objetivo de la remediación cognitiva es apoyar las capacidades cognitivas específicas debilitadas, pero aún presentes, y también aprender nuevas estrategias compensatorias. Este método neuropsicológico intenta que los sujetos resuelvan problemas y memoricen las soluciones para mejorar los rendimientos cognitivos (memoria, atención, razonamiento, etc.), asimismo intenta favorecer una mejor autonomía cognitiva de los pacientes.

Hay que reconocer que las terapias de inspiración cognitiva (terapias cognitivo-conductuales, programas de remediación cognitiva y otros programas) están cada vez más presentes en el arsenal terapéutico cuyo objetivo es devolver progresivamente a los enfermos cierta autonomía de sus habilidades cognitivas. Los mecanismos en virtud de los cuales estas terapias mejoran las facultades mentales no siempre se conocen, a pesar de que se empieza a percibir que atañen tanto a los cambios de aspectos específicos del funcionamiento cerebral (directos al actuar sobre la plasticidad de los circuitos de neuronas o indirectos al actuar a partir de la vascularización cerebral), como a cambios más generales que intervienen a nivel conductual. En cualquier caso, y sean cuales sean los mecanismos subyacentes, la remediación cognitiva se articula sobre el principio de plasticidad del cerebro adulto[223]. Spaulding y sus colegas[224] han evaluado los cambios cognitivos que se producen en los esquizofrénicos. Han identificado mejoras en nueve de las doce mediciones realizadas del funcionamiento cognitivo: mejoran los rendimientos en las tareas de memorización, en el enmascaramiento visual y en las tareas que implican las funciones ejecutivas. De forma general, los cambios aparecen más contundentes para los tratamientos cognitivos superiores, funciones que resultan esenciales en el día a día como la planificación de acciones o la corrección de errores y la búsqueda de soluciones nuevas. Al actuar sobre la reorganización de la actividad cerebral y al explotar los recursos subestimados de la plasticidad cerebral, el entrenamiento cognitivo favorece no solo los rendimientos cognitivos del paciente, sino también su reinserción social y profesional, gracias a un comportamiento más adaptado a su entorno.

A veces, la remediación cognitiva puede ser asistida por ordenador para permitir la estimulación virtual de las facultades mentales necesarias para la ejecución de las actividades cotidianas. A partir del trabajo pionero de M. Merzenich[225], que demostró la importancia del entrenamiento de los procesos fonológicos, que se consideran alterados de forma crucial en el niño disléxico, para mejorar las capacidades de lectura, este enfoque ha gozado de cierto éxito. Este investigador de San Francisco se sorprendió al constatar que niños que sufrían trastornos del lenguaje veían cómo mejoraba su rendimiento tras realizar un programa de entrenamiento cotidiano con la ayuda de un juego informático audiovisual (Fastforword®). Este programa fue concebido específicamente para la rehabilitación del trastorno del tratamiento auditivo que Merzenich presentaba como una causa del trastorno del aprendizaje[226]. Este trabajo ha abierto una vía nueva de investigación que, año tras año, está demostrando ser más fecunda: la remediación del desarrollo neurológico asistida por ordenador. Desde entonces, varios trabajos han confirmado la importancia de este enfoque terapéutico en el contexto de los tratamientos de los trastornos de hiperactividad con déficit de la atención en los dispráxicos y disléxicos[227]. La remediación cognitiva asistida por ordenador parece ser también un instrumento de intervención de gran valor en el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer y tiene un impacto evaluable sobre los déficits cognitivos relacionados con la demencia. En este caso, existen varios programas de remediación cognitiva que permiten estimular la atención, la memoria, el lenguaje, la coordinación motriz y las habilidades espacio-visuales del paciente. En todos los casos, el entrenamiento multimedia a partir del ordenador favorece la plasticidad neuronal y la actividad informática permite crear situaciones que facilitan la adquisición de estrategias compensatorias por parte del cerebro adulto.

Compensación, estimulación, incluso reparación: sin embargo, nuestro camino no se detiene aquí. Veamos las posibilidades nuevas de modificación y optimización que abren las nuevas ciencias del cerebro.

5. EL CEREBRO AUMENTADO Y LAS FORMAS MÚLTIPLES DE COMPONER UN CEREBRO

Desear la inmortalidad para el individuo es desear la perpetuación de un error.

ARTHUR SCHOPENHAUER,
Pensamientos y fragmentos

¿Sigue siendo un sueño imaginar que un robot puede leer en tiempo real nuestros pensamientos y realizar, a nuestra conveniencia, las tareas más ingratas de la vida cotidiana? Esta sumisión del robot a la mente constituiría una victoria del ser humano sobre la máquina[228]. ¿O se trata sencillamente de otra ilusión, fruto ridículo de la ciencia ficción? Error perturbador, este sueño amenaza con convertirse en realidad desde que algunos investigadores son capaces de registrar la actividad mental que acompaña la planificación y ejecución de un movimiento voluntario para volver a interpretar esta partitura en una máquina que ejecuta la tarea deseada. Así pues, tras haber conseguido primero la transformación de la materia en energía y luego la energía en trabajo o información, ahora la humanidad se dota del poder de llevar a cabo una nueva transformación: ¡transformar el pensamiento en acción! Volvemos a encontrarnos con nuestro héroe principal, el cerebro, que de nuevo demuestra ser capaz de adaptarse incluso a las situaciones más inesperadas.

En efecto, algunos tecnocientíficos, llegados de distintas procedencias, trabajan en superar el pensamiento para conseguir que el acto pueda liberarse en su ejecución de la totalidad de los circuitos cerebrales[229]. Las premisas de esta investigación resultan ya, dependiendo de las situaciones, fascinantes o aterradoras. En lo sucesivo, la capacidad del espíritu para actuar a distancia ya no es solo cosa de magia, con su banda de torcedores de cucharas y demás rompedores de cadenas. Para ello resulta inútil recurrir a los dispositivos complejos previstos por los guionistas de películas de ciencia ficción. El dispositivo tecnológico necesario para que la mente pueda conseguir el control a distancia de una máquina es relativamente sencillo. Basta con colocarse un «casco» capaz de registrar nuestra actividad mental[230] y transmitir esta información hacia un ordenador que emita una serie de órdenes destinadas al control de la máquina que queda así sometida a nuestra mente. Ya es posible, con ayuda de este «casco», ordenar el movimiento de un miembro artificial solo con el pensamiento, sin ningún otro esfuerzo adicional.

Esta tecnología denominada «interfaz cerebro-máquina» tiene como objetivo establecer un diálogo compatible entre el pensamiento humano y el funcionamiento de una máquina, esté esta representada por un ordenador o un robot[231]. Este ámbito de la investigación, que se encuentra en el cruce de lo fundamental, lo experimental y la clínica, está en pleno auge. Algunos ejemplos nos servirán para dar una idea de su alcance.

En 1994, fecha de las primeras interfaces, solo media docena de laboratorios estaban interesados en esta tecnología. Cinco años después, asistieron alrededor de cuarenta laboratorios al primer congreso internacional dedicado a estas máquinas. En 2007, el número de participantes en este encuentro internacional[232] fue de aproximadamente cien. Finalmente, en 2010, durante un encuentro en Asilomar, California, esta cifra se había duplicado.

La aparición de los cerebros-máquina, nacidos de la fusión de varias corrientes que incluyen la ingeniería, las neurociencias, la informática, las matemáticas, la física y la clínica, podría modificar radicalmente la manera en la que podremos interactuar con nuestro entorno, gocemos o no de buena salud. ¡Menuda derrota para los fanáticos del alma y sus misterios! Siempre y cuando no se trate de una derrota de lo humano, si hacemos caso del coro de lamentos de los humanistas petrificados. Por qué no imaginar en cambio que la aparición de estas interfaces representa la promesa de un mundo futuro en el que podremos desplazarnos, utilizar nuestro ordenador y comunicarnos unos con otros únicamente a través de la mente. «¡Piénselo y la máquina lo hará en su lugar!»: este será el próximo dicho popular.

Ya existen muchos prototipos funcionando en el mundo, sobre todo en Estados Unidos, en el norte de Europa y en Japón. Estos primeros robots expresan el alcance de los progresos realizados durante los últimos cincuenta años. También permiten evaluar cuánto esfuerzo es todavía necesario para que un día las promesas de la tecnociencia lleguen a formar parte del arsenal terapéutico de los neurocirujanos y otros cirujanos plásticos en busca de instrumentos nuevos capaces de paliar las disfunciones cerebrales. Ya son tangibles perspectivas nuevas de rehabilitación contra las deficiencias sensoriales (sobre todo la vista y la audición) y motrices. Los cerebros-máquina, inicialmente anunciados con la ayuda de trucajes y otros efectos especiales de la ciencia ficción, abandonan paulatinamente el mundo fantástico de los artistas (cineastas y escritores) para invadir el mundo real del servicio a la persona, tanto si goza de buena salud (cerebro aumentado) como si necesita ayuda para vencer una deficiencia (cerebro rehabilitado).

ESTÁN EN MARCHA LOS «CEREBOTS»

Para definir qué es una interfaz cerebro-máquina, empecemos por señalar que se trata de un dispositivo capaz de garantizar la comunicación a distancia entre una máquina y un cerebro. Para que este dispositivo funcione armoniosamente, la comunicación debe ser recíproca a fin de que la información pueda transitar primero del cerebro a la máquina y luego de la máquina al cerebro[233]. En el marco de esta reciprocidad, por un lado, se trata de recoger las informaciones del entorno (en general esta función es la que desempeñan los órganos sensoriales y luego las representaciones mentales permitidas por la sensación) y, por otro, de actuar sobre ese mismo entorno (es el papel desempeñado por el paso a la acción: coger un vaso, golpear una pelota con el pie, etc.). Al garantizar estas dos funciones relacionadas con la percepción[234] y la acción, el principio fundamental de estas interfaces se resume en unir el pensamiento a la acción eludiendo la actividad muscular. La máquina así sometida puede ser un ordenador o bien un robot[235], en resumen, un híbrido que denominaremos cerebot.

Para ser eficaz, la interfaz cerebro-máquina debe tener una vía de entrada y otra que garantice la salida. La vía de entrada permite adquirir, amplificar y tratar digitalmente mediante una serie de algoritmos de cálculo, señales emitidas por el encéfalo, activado durante una tarea cognitiva cualquiera. La vía de salida analiza la señal cerebral emitida para definir una serie de consignas necesarias para transmitir las órdenes a la máquina. Para que las entradas y salidas puedan actuar armoniosamente, un bucle de retroacción permite que se efectúen los reajustes eventuales bajo forma de aprendizaje, tras una serie progresiva de ensayos-errores. Volveremos a hablar de la noción de bucle de retrocontrol, denominado biofeedback: concepto esencial para la noción de utilización y optimización de las interfaces cerebro-máquina para los humanos.

Gracias a esta máquina híbrida, el individuo puede comunicarse con su entorno más o menos próximo sin necesitar para ello la acción de los nervios y músculos[236]. Como sucede a menudo en el campo de la ciencia, esta idea revolucionaria no es fruto de progresos recientes. Su principio se basa en una serie ya antigua de investigaciones fortuitas, y no encuadradas rigurosamente, que empezó hace más de medio siglo. El primer éxito de las interfaces cerebro-máquina es de 1957, con los primeros implantes auditivos cocleares[237]. En esa época, los científicos, más que intentar amplificar el sonido mediante un aparato auditivo, querían estimular directamente el órgano de Corti situado en el interior de la cóclea o caracol, mediante electrodos implantados con cirugía en los nervios auditivos, para transmitir señales eléctricas al cerebro de la persona con problemas de audición. Al inicio, las sensaciones percibidas en este caso no corresponden a una percepción normal, ni a las de la audición con un aparato externo. Solo después de un aprendizaje auditivo relativamente largo y con ayuda de un ortofonista, el sujeto aprenderá a reeducar su audición, para dar sentido (se habla de construir un percepto) a los impulsos eléctricos descargados directamente sobre su nervio auditivo. Muy pronto se consiguió el éxito clínico, aunque el procedimiento todavía deba mejorarse tal como veremos más adelante. Actualmente se calcula que en el mundo cien mil personas llevan implantes cocleares. Aproximadamente un tercio de los niños implantados obtiene resultados excelentes con una comprensión equivalente a la de los niños con una audición intacta; otro tercio adquiere una comprensión correcta de la palabra; el último tercio tiene dificultades que a menudo están relacionadas con una implantación demasiado tardía de la prótesis auditiva.

La audición no es la única modalidad sensorial que se beneficia de los métodos «high-tech» en materia de órgano biónico (denominado también neuroprótesis). La visión también puede rehabilitarse mediante un dispositivo electrónico de tipo invasivo. Actualmente se están realizando retinas artificiales para compensar la pérdida de fotorreceptores que implica irremediablemente la ceguera total en patologías como la retinopatía pigmentaria o la degeneración macular unida a la edad. Incluso durante las fases más severas de estas patologías, células nerviosas del órgano sensorial de la visión (la retina) permanecen en contacto con las áreas visuales del cerebro. Estos contactos son funcionales, como lo demuestran estudios clínicos realizados a partir de estimulaciones eléctricas de las células nerviosas residuales que permiten recrear imágenes visuales.

Se ha iniciado un proyecto de investigación dirigido por el Departamento de la Energía (el equivalente del CEA[238] en Estados Unidos) para promover investigaciones en materia de prótesis retinianas[239]. De forma esquemática, el dispositivo imaginado comporta unas gafas cuyas varillas están provistas de cámaras de vídeo externas para la captura de imágenes. Estas cámaras están conectadas a un microprocesador miniaturizado que el paciente lleva en la cintura. Este miniordenador interpreta las imágenes registradas por las cámaras; luego, transmite fielmente la información a la prótesis retiniana en forma de impulsos eléctricos. En este caso, la prótesis, es decir la retina artificial, es un simulador electrónico que comprende varios electrodos. En resumen, los fotorreceptores habituales de la retina son sustituidos por un sistema electrónico que estimula eléctricamente las neuronas retinianas residuales para producir imágenes reconstruidas por el córtex visual.

En 2002, la University of Southern California y Second Sight Medical Products Inc., líderes en el ámbito de las prótesis retinianas para el tratamiento de la ceguera, anunciaron que una serie de voluntarios habían podido beneficiarse de una retina artificial denominada Argus I. Esta primera prótesis, con una resolución baja, comportaba únicamente dieciséis electrodos (en este caso píxeles). Sin embargo, entre 2002 y 2004, permitió que seis personas con degeneración retiniana (conjunto de patologías causadas por retinopatías pigmentarias que afectan la retina) recuperaran una visión rudimentaria. El implante consistía en un chip formado por varios electrodos unidos a la retina. Los electrodos conducen la información para ofrecer al paciente una forma de visión rudimentaria. Los sujetos sometidos a este tratamiento eran capaces de volver a distinguir una puerta o una ventana, evitar obstáculos grandes e incluso leer caracteres con un tamaño mínimo de treinta centímetros. Estos primeros éxitos permitieron validar el concepto y lanzar un programa de investigación internacional más amplio con la finalidad de mejorar los rendimientos técnicos de las retinas artificiales. Así se concibió una segunda generación de implantes retinianos electrónicos denominada Argus II. Este prototipo de mejor resolución —compuesto por sesenta electrodos— se viene probando desde 2007 en varios voluntarios, primero en Estados Unidos, luego en México y finalmente en Europa en el marco de tres estructuras: el servicio de oftalmología del Hospital Cantonal Universitario de Ginebra, el Centro Hospitalario Nacional de Oftalmología de los Quinze-Vingts de París y el Moorfields Eye Hospital de Londres. Así pues, en Europa, se llevaron a cabo en 2008 dos pruebas diferentes utilizando esta generación de prótesis retinianas. Estos ensayos clínicos permiten evaluar el impacto sobre la visión de una prótesis de alta resolución implantada en la superficie de la retina[240], puesta a punto por Mark Humayun, profesor de oftalmología e ingeniería biomédica en el Doheny Eye Institute de la University of Souther California, en Los Ángeles.

Más recientemente[241], oftalmólogos de los hospitales universitarios ginebrinos han conseguido incluso implantar una retina artificial en un paciente totalmente ciego. Los médicos autores de la operación en Ginebra recibieron el apoyo de sus colegas de Los Ángeles y París.

Señalemos que todas las intervenciones llevadas a cabo hasta el presente tienen como objetivo que las personas con ceguera adquirida, debido a modalidades hereditarias de ceguera, recuperen cierto grado de visión. Es evidente que la retinopatía pigmentaria, que afecta a un millón y medio de personas en el mundo, es una de las patologías de la visión a la que va dirigido el implante de retina artificial.

A pesar de que estas primeras intervenciones hayan gozado de cierto éxito a nivel clínico, de momento el objetivo de los investigadores se limita a una especie de demostración de fiabilidad del método. Si bien los primeros resultados obtenidos permiten evaluar el impacto directo de este método en la visión de las personas con deficiencias en la visión, su importancia reside sobre todo en que suscitan siempre más mejoras nuevas. Los progresos obtenidos son muy esperanzadores ya que los oftalmólogos constatan que sus pacientes pueden percibir la luz, algunas formas y el movimiento. Ciegos a los que se les ha implantado una prótesis retiniana son capaces de desplazarse de forma autónoma siguiendo una marca trazada sobre el suelo y pueden distinguir a una persona situada a seis metros de distancia. Un tercer prototipo cuya resolución ha sido mejorada a doscientos píxeles se encuentra ahora en fase de prueba. Los detalles precisos de este estudio no se darán a conocer hasta que finalicen los test clínicos que están previstos acabar a finales de 2011. Sin embargo, los investigadores e ingenieros, insaciables y siempre en busca de novedades, ya han empezado a trabajar en una retina artificial cuya sensibilidad sobrepasaría ¡los mil píxeles! Así, Eberhart Zrenner, del centro oftalmológico de la Universidad de Tubinga, en Alemania, ha realizado un implante retiniano de mil quinientos píxeles. Desgraciadamente, por el momento, este implante no mejora realmente la visión en comparación con las ventajas proporcionadas a los implantes de Second Sight de sesenta píxeles.

Tras la llegada, más bien triunfante, de los cerebros-máquina al ámbito de la esfera sensorial, el interés de los médicos clínicos se ha centrado en la reparación de las funciones motrices. Esto se ha visto facilitado por los conocimientos fundamentales adquiridos por los especialistas de este campo hace cuarenta años. Entre ellos, Edward Evarts y sus colegas del Instituto Nacional para la Salud (NIH) de Maryland mostraron ya en 1966 que era posible registrar específicamente la actividad eléctrica de la región cortical responsable de la planificación de los actos motores voluntarios del macaco, pero también descifrar la información contenida en esta actividad eléctrica compleja[242]. Esta primera etapa abrió la puerta a los primeros ensayos clínicos llevados a cabo en seres humanos por el equipo de Thomas Elbert[243] en la Universidad de Constanza, en Alemania.

Unos años después, los mismos investigadores mostraron la plasticidad sorprendente del cerebro humano, capaz de reconfigurarse en función de situaciones muy variadas. Se centraron entonces en las propiedades del córtex sensitivo en lugar del córtex motor. Las informaciones sensoriales ofrecidas por la superficie corporal se transmiten fielmente al córtex somatosensorial. Por ejemplo, cuando tocamos un objeto con el dedo, los impulsos nerviosos transmitidos por los nervios sensoriales desencadenan una respuesta en la parte correspondiente del córtex. Gracias a la técnica no invasiva de imaginería cerebral, el equipo de Thomas Elbert estudió las activaciones del córtex somatosensorial registradas con la imaginería obtenida con resonancia magnética (IRM). Estos investigadores querían comprobar si el cerebro adulto podía sufrir reorganizaciones importantes que supusieran consecuencias de gran calado a nivel morfológico y funcional. Esta plasticidad había sido observada en personas ciegas que aprendían a leer en braille[244]. La comparación entre las imágenes cerebrales obtenidas en ciegos que leen en braille con tres dedos, las de aquellos que utilizan un único dedo y las de sujetos con visión intacta y que no leen en braille, ha resultado sorprendente. Elbert y sus colegas han observado que la región del cerebro que corresponde a la mano es claramente mucho más amplia en los lectores que utilizan tres dedos que en los demás sujetos. En otras palabras, el cerebro es capaz de reconfigurarse según la modalidad de lectura elegida. Se ha podido confirmar este resultado con facilidad mediante un test táctil: los lectores que utilizan tres dedos tienen dificultad para determinar cuál de esos tres dedos es acariciado por una pluma sostenida por el experimentador. Este experimento muestra que el cerebro es capaz de fusionar las informaciones procedentes por separado de los tres dedos para hacer emerger un único mensaje, más robusto y fiable y muy útil para el ciego que utiliza el braille para informarse.

Es evidente que la representación de las distintas partes del cuerpo en el córtex somatosensorial primario humano puede cambiar con bastante rapidez para adaptarse a las necesidades del momento y a la historia de un sujeto. Gracias a este principio elemental, el cerebro adulto puede construir representaciones mentales a partir de impulsos eléctricos emitidos por captores sensoriales artificiales.

PIENSA, LUEGO ACTÚA[245]

Las aplicaciones de los cerebros-máquina ocupan ya varios campos de nuestra vida. Están presentes en los sectores más importantes de nuestra sociedad como la salud, la comunicación o la seguridad. En el ámbito de la salud, sobre todo se busca esta rehabilitación de la deficiencia (prótesis, editor de texto, etc.).[246] Según el último informe de las Naciones Unidas, cerca de quinientos millones de personas en el mundo sufren actualmente una deficiencia seria debido a disminuciones mentales, físicas o sensoriales[247]. En materia de comunicación, los numerosos ejemplos de cerebro-máquina se encuentran sobre todo en el ámbito de la multimedialidad (juegos, realidad virtual, telefonía, Internet, etc.).[248] Finalmente, el pilotaje a distancia de artefactos, muy útiles para los equipos de desactivación de minas o para los militares[249], representa uno de los ejemplos de interfaz cuya finalidad es la seguridad.

Sin embargo, ¡ojo con equivocarse! La medicina sigue siendo por supuesto una de las aplicaciones más importantes de las interfaces cerebro-máquina. Estas nuevas posibilidades tecnológicas están pensadas para solucionar muchas disfunciones, entre ellas, en primer lugar, las patologías que provocan invalidez extrema, conduciendo a la parálisis total. Ciertos traumatismos craneales o accidentes vasculares cerebrales (AVC), que tienen lugar en el tronco cerebral, comportan la pérdida completa de los movimientos voluntarios, excepto el de algunos músculos de los labios o de los párpados. En este caso, la persona paralizada es perfectamente consciente de su estado, pero es incapaz de comunicarse con su entorno. Es el famoso síndrome del encierro denominado locked-in en inglés, que significa que la conciencia permanece intacta pero prisionera de un cuerpo que ha perdido la movilidad. La dolorosa experiencia del encierro de un espíritu lúcido dentro de un cuerpo cubierto por una chapa de plomo aparece descrita en las memorias de una víctima que sufrió un accidente vascular cerebral a nivel del tronco cerebral. Prisionero en su escafandra, Jean-Dominique Bauby fue hospitalizado con cuarenta y cuatro años. Su actividad mental estaba intacta y podía parpadear. Con ayuda del único medio de comunicación que le quedaba —los movimientos del párpado izquierdo—, dio su testimonio sobre la existencia de un mundo del que solo subsistía el pensamiento completamente sin cuerpo[250].

En 1998, Philip Kennedy y Roy Bakay colocaron en un paciente afectado por este síndrome un implante cerebral gracias al cual el cursor de un ordenador podía ser posicionado a través de la mente del sujeto[251]. Este podía desplazarlo por el teclado virtual de un ordenador y deletrear las palabras que antes podía pensar pero no podía comunicar. En resumen, gracias a la interfaz cerebro-máquina, se pudo restablecer el contacto con el exterior.

Estas interfaces resultan también esperanzadoras para paliar problemas motores en parálisis parciales como las que aparecen tras un traumatismo de la columna vertebral debido al cual la víctima pierde el uso de uno de sus miembros. En 2005, un paciente con esclerosis lateral amiotrófica (enfermedad de Lou Gehrig o de Charcot) era capaz de mover un brazo artificial solo con la mente gracias al implante de una parrilla de electrodos introducidos directamente en el córtex motor.

Miguel Nicolelis, del Duke Center for Neuroengineering de Durham en Estados Unidos, ha sido pionero en este campo. En efecto, fue uno de los primeros investigadores que demostró la posibilidad de controlar la movilidad de un brazo humanoide únicamente mediante la intervención de la actividad eléctrica de una región precisa del córtex cerebral. Su equipo publicó en 2003 unos resultados sorprendentes conseguidos con la ayuda de las primeras interfaces cerebro-máquina[252]. Un mono colocado delante de un ordenador aprende a manipular una palanca de mando (joystick) en el ámbito de un juego de vídeo. Se le entrena para que manipule ese mando y consiga desplazar un punto luminoso que aparece en la pantalla. Cuando el mono consigue tocar un círculo con el punto móvil, recibe una recompensa (zumo de manzana). Simultáneamente, se implantan microelectrodos en la superficie de su córtex, en la región precisa que está implicada en transmitir la orden de movimientos voluntarios (véase el capítulo 1). La señal emitida por las neuronas que ordenan la motricidad se utiliza simultáneamente para mover un brazo robotizado colocado en los costados del mono. Cuando los investigadores desconectan el joystick del ordenador, el mono, para seguir jugando con el ordenador, debe imaginar el tipo de movimientos necesarios para desplazar el brazo robotizado. Poco a poco, al observar el punto luminoso que se mueve sobre la pantalla, el mono comprende que es capaz de moverlo sin ni siquiera intervenir físicamente sobre el joystick. Por primera vez se rompió la barrera conceptual de la acción sin movimiento del cuerpo deseante[253]. El mono acababa de aprender a desplazar el brazo robotizado simplemente con la mente. Por esta hazaña, en 2004, Time Magazine incluyó a Miguel Nicolelis en la lista de los científicos más influyentes del año.

¿Sobre qué principio se basa este aprendizaje que permite transmitir a distancia una orden motriz? ¿Acaso las neuronas del córtex motor han sido reprogramadas por el aprendizaje para asumir el control del brazo robotizado? ¿Han asumido una nueva función conservando al mismo tiempo el antiguo programa motor que permitía controlar simultáneamente el brazo biológico y el brazo artificial? Esta segunda hipótesis parece más verosímil ya que el uso del brazo excedente (y artificial) no disminuye en absoluto la facultad del mono para conservar el uso de los miembros naturales. El equipo de Nicolelis llegó incluso a demostrar que el mono podía utilizar simultáneamente los tres brazos para realizar tareas diferentes.

Teniendo en cuenta los progresos recientes realizados en este ámbito concreto de las tecnociencias, el Pentágono invirtió en 2004, a través del DARPA (Agencia de Investigación de Proyectos Avanzados de Defensa), cincuenta millones de dólares en un programa de investigación denominado «Revolucionar la prostética» para desarrollar un brazo biónico articulado. ¿Cuál era el objetivo? Construir un apéndice artificial desde el hombro hasta la muñeca, terminado en una mano con pulgar oponible a los dedos, dedos que a su vez fueran móviles. Cuatro años después, el Instituto de Rehabilitación de Chicago (RIC), con el apoyo de un grupo de empresas privadas, consiguió esta proeza al inventar un brazo biónico capaz de cumplir los requisitos planteados. El propio instituto ya gozaba de gran reputación en materia de rehabilitación. Había conseguido que Jesse Sullivan, un electricista de cincuenta y cinco años, que había perdido ambos brazos desde los hombros debido a una electrocución, recuperara el uso de sus miembros superiores[254]. Con la última versión de esta prótesis robotizada desarrollada por Todd Kuiken del RIC, Sullivan pudo anudarse de nuevo los zapatos, la corbata, afeitarse, en resumen, llevar una vida casi normal.

Siguiendo el ejemplo de Miguel Nicolelis, Todd Kuiken intentó a continuación utilizar las vías nerviosas que ordenan los movimientos del brazo y de la mano para captar las órdenes motrices emitidas por el encéfalo. Para ello, Claudia Mitchell, una joven de veinticinco años que acababa de perder un brazo en un accidente de moto, fue operada para injertarle los nervios seccionados en los músculos pectorales. De este modo, cuando un gesto se planifica, los músculos inervados reciben órdenes nerviosas que producen impulsos mioeléctricos recuperables por electrodos colocados sobre la piel de los pectorales. Ya solo hay que enviar esas mismas señales a los procesos de la prótesis que los traduce inmediatamente en órdenes motrices. Gracias a captores que se encuentran en la mano artificial, la fuerza de aprehensión puede adaptarse dependiendo de la fragilidad del objeto que hay que coger. Los miembros biónicos controlables directamente por la mente están listos para abandonar el universo cerrado de los laboratorios y cambiar de forma radical la calidad de vida de millones de personas víctimas de accidentes o de patologías que les han privado del uso de uno o varios miembros.

El conjunto de éxitos médicos obtenidos hasta el momento señala que el uso repetido de vías nerviosas durante un aprendizaje lleva a la reconfiguración significativa de los circuitos solicitados. Esta plasticidad funcional permite utilizar un brazo artificial como si este formara parte de su propio cuerpo. Esta nueva representación del cuerpo es posible, y se perfecciona además con el entrenamiento, gracias a un sistema de retroacción visual (el biofeedback): por ejemplo la pantalla de control sobre la cual los monos pueden seguir el movimiento del brazo robotizado. Este proceso de bucle «visomotriz» no es más que la recapitulación de un mecanismo de asimilación que actúa tanto en el mono como en los seres humanos, cada vez que intentamos ajustar el uso de un instrumento para aumentar su precisión. Esta habilidad para manipular todo tipo de instrumentos, presente tanto en el tenista profesional como en el orfebre, muestra que todos somos capaces de apropiarnos de un instrumento que, tras una práctica prolongada, se percibe como la extensión de nuestro propio cuerpo[255].

Sobre todo en virtud de esta plasticidad funcional del córtex, los seres humanos pueden adaptarse al cerebro-máquina para ordenar el movimiento de objetos mediante la mente. Sin embargo, para ser realmente eficaces, los investigadores futuros tendrán que plantearse también el objetivo de aumentar el grado de plasticidad cerebral. Para ello, habrá que multiplicar las fuentes de información posibles que alimentan la interfaz cerebro-máquina para facilitar la reconfiguración de los circuitos nerviosos. La mayoría de los experimentos llevados a cabo actualmente se basan en una plasticidad cerebral desencadenada por una única fuente: el retrocontrol visual. Para que las personas puedan ordenar movimientos muy precisos —por ejemplo coger un objeto frágil con ayuda de una mano artificial—, es necesario encontrar otros bucles de control adicionales. Se podrían colocar sobre el propio miembro artificial baterías de captores que informaran sobre la posición, la textura y las fuerzas necesarias de aprehensión. Estos captores inundarían entonces el cerebro con informaciones importantes relativas al propio entorno y a las propiedades dinámicas del miembro artificial[256]. El cerebro ya solo tendrá que reconfigurarse en función de todas estas informaciones para apropiarse realmente del órgano robótico y considerarlo parte integrante del cuerpo[257].

Existen otros progresos sólidos, cuyo objetivo es restablecer la comunicación del sujeto con su entorno, que merecen ser mencionados: ordenadores portátiles equipados con teclados virtuales, capaces de leer el pensamiento sobre la pantalla a medida que desfilan las letras del alfabeto dispuestas en forma de matriz. Se pide entonces al sujeto, situado ante la pantalla y que dispone de una interfaz cerebro-máquina, que focalice su atención sobre determinadas letras presentes en el seno de la matriz. El ordenador detecta simultáneamente las respuestas cerebrales del sujeto a estos estímulos visuales para determinar las letras congruentes que han sido elegidas previamente. Utilizando este dispositivo, el neurocientífico austríaco Peter Brunner, del centro de investigaciones Wadsworth de Nueva York, hizo surgir las letras de las palabras «buenos días» en la pantalla de un ordenador utilizando solo el pensamiento. Para conseguir este truco de magia ante un público totalmente petrificado, el casco que se puso el experimentador estaba tapizado con una veintena de electrodos. Este gorro electrónico capta fielmente y luego digitaliza los impulsos eléctricos emitidos por el córtex durante la actividad mental. La información se transmite en forma de electroencefalograma[258] al ordenador que identifica las señales significativas emitidas en forma de ondas características para ejecutar las instrucciones planificadas por el córtex.

¿Qué principio subyace en este truco de magia? Cuando P. Brunner concentraba su actividad mental para producir la letra b, miraba en la pantalla filas de letras y símbolos que desfilaban de forma aleatoria. En cuanto una fila, vertical u horizontal, contenía la letra b, su cerebro actuaba ante la señal esperada, emitiendo una onda eléctrica claramente distinta de las demás. En quince segundos, el ordenador determinaba la letra mirada (este plazo puede disminuir con entrenamiento). En resumen, aprende a detectar las congruencias entre los trazados electroencefalográficos producidos por los estímulos visuales y las letras que aparecen en la pantalla. Es fácil imaginar la aplicación posible de esta tecnología en las personas que actualmente sufren trastornos del lenguaje.

Otra hazaña es la realizada por Niels Birbaumer, de la Universidad de Tubinga, en Alemania, cuya especialidad es la asistencia a personas que sufren esclerosis lateral amiotrófica. En un estadio muy avanzado de la enfermedad, estas personas ya no pueden moverse. En la década de 1990, con ayuda de imaginerías cerebrales funcionales necesarias para detectar los distintos estados de conciencia, Birbaumer y su equipo descubrieron que el gran desasosiego que amenazaba a sus pacientes no era la inmovilidad sino la depresión inducida por la incapacidad para comunicarse. El equipo se lanzó en busca de un procedimiento que permitiera restablecer el contacto del paciente con su entorno. Desde que estas personas utilizan una interfaz capaz de descodificar los registros electroencefalográficos para controlar el cursor de un ordenador, se encuentran paulatinamente mejor, a medida que salen de su aislamiento.

Gracias a las interfaces cerebro-máquina, pacientes que sufren dolores crónicos pueden regular el grado de sufrimiento, activando la región cerebral implicada en la representación del dolor, región identificada gracias a la imaginería cerebral. Personas que sufren la enfermedad de Parkinson pueden reducir considerablemente los trastornos del movimiento característico de esta enfermedad, al decidir excitar su núcleo gris central mediante una estimulación intracerebral profunda. Esta técnica fue puesta a punto en un mono por el equipo de Bernard Bioulac en Burdeos, y luego fue retomada por el equipo dirigido por Alim-Louis Benabid en Grenoble para tratar a sus pacientes[259].

En 2009, para tratar esta enfermedad que causa invalidez y no tiene cura, Miguel Nicolelis siguió adelante con sus hazañas emitiendo impulsos eléctricos en la médula espinal, en lugar del encéfalo. Sus primeros experimentos sobre modelos animales con el síndrome parkinsoniano triunfaron[260]. En pocos segundos, la estimulación de implantes colocados en la médula espinal permite mejorar la movilidad reducida de las ratas y ratones parkinsonianos. Los investigadores muestran que la actividad motriz de los roedores se multiplica por treinta aproximadamente y los movimientos motores se vuelven más rápidos y precisos cuando se emiten ligeros impulsos eléctricos. La etapa siguiente consistirá en utilizar esta misma estrategia en los primates no humanos, antes de pasar al caso humano.

Finalmente podemos señalar trabajos recientes que muestran que la interfaz cerebro-máquina puede resultar útil también para el tratamiento de determinados desórdenes psiquiátricos. El ejemplo más elocuente en este ámbito incipiente de la psiquiatría moderna atañe a los niños que padecen trastornos por déficit de atención con o sin hiperactividad (TDAH). Esta patología es un síndrome conductual caracterizado por tres componentes; falta de atención, hiperactividad e impulsividad. Evidentemente, estas características también se dan en todos los seres humanos, pero se diagnostica un TDAH cuando dichos componentes se presentan de forma pronunciada y prolongada en el niño[261]. Actualmente es impensable prevenir la aparición del TDAH ya que las causas son inciertas. Tampoco existe un tratamiento que asegure la curación. En cambio, un estudio[262] muestra que niños que padecen el TDAH mejoran significativamente su rendimiento cognitivo gracias a un entrenamiento intensivo que les permite actuar directamente sobre sus propias actividades eléctricas cerebrales. Este enfoque, denominado neurofeedback[263], permite mejorar el conjunto de los síntomas primarios del TDAH (cf. Anexo I). Para ello, se colocan captores sobre la cabeza del niño, unidos a una pantalla que visibiliza las señales eléctricas emitidas por el cerebro en forma de ondas cerebrales[264]. Este dispositivo ofrece al niño la posibilidad de observar su propio estado de atención durante una tarea precisa. De este modo puede ejercitarse en reproducirlo, mantenerlo o reforzarlo. En resumen, el neurofeedback permite acceder a un nivel de conciencia diferente de la conciencia ordinaria. Así, la aptitud reflexiva del cerebro que tiende a corregirse puede funcionar a pleno rendimiento[265]. Esta capacidad de autoajuste es un aspecto esencial del funcionamiento normal del cerebro, como vimos anteriormente. La práctica repetida de las funciones cognitivas podría mejorar de forma duradera las capacidades del sujeto y reforzar su cerebro según un proceso de aprendizaje similar al que se utiliza en las salas de musculación.

Se empieza a explorar la eficacia de estos programas de reeducación cognitiva en el adulto con TDAH. Comparando un grupo en tratamiento con un grupo de control, un equipo australiano ha mostrado el interés de una serie de ocho sesiones de reeducación centradas en la atención, la planificación, el control ejecutivo, el dominio de la ira y la estima personal[266]. Como ha demostrado Jean-Michel Guilé, en Montreal, ya es posible enriquecer en los niños el tratamiento de los TDAH utilizando los nuevos instrumentos informáticos de remediación cognitiva que vimos en el capítulo anterior; instrumentos que se han sumado a los tratamientos no farmacológicos de los TDAH[267]. Las comparaciones entre los resultados obtenidos con estos métodos y los obtenidos con una medicación eficaz del tipo Ritalin®[268] (metilfenidato) subrayan la equivalencia e incluso a veces la superioridad del neurofeedback sobre los tratamientos farmacológicos[269]. Actualmente se llevan a cabo ensayos clínicos, animados por este éxito, para evaluar el impacto del neurofeedback en otros trastornos del humor como la depresión (cf. Anexo I).

Estos ejemplos muestran la diversidad de campos de aplicación de las interfaces cerebro-máquina en el ámbito de las enfermedades neurológicas y psiquiátricas (lejos de la separación espíritu/materia, se trata siempre del cerebro). Muestran también hasta qué punto esta disciplina de alta tecnología está invadiendo campos diversos de nuestra vida cotidiana. Estos avances tecnológicos se aceleran con las mejoras de los métodos de registro y tratamiento de la actividad cerebral. Al final, varias decenas de millones de pacientes dependientes en todo el mundo, de los cuales dieciséis millones sufren parálisis cerebral y al menos cinco millones son víctimas de una lesión de médula espinal, podrían beneficiarse de la puesta a punto de los cerebros-máquina para conseguir cierta autonomía. En Francia, esto atañería a aproximadamente ciento cincuenta y siete mil pacientes con traumatismo craneal, de los cuales doce mil casos nuevos graves anuales y alrededor de mil casos de lesiones de médula espinal por año, sin contar el número elevado de personas que padecen trastornos psicológicos. Todos estos ejemplos muestran que la aparición de los cerebros-máquina, tan temidos por algunos, es muy deseada por otros.

LA PIEDRA ROSETTA DE LOS NEURÓLOGOS

Para que la interfaz cerebro-máquina sea eficaz debe comportar un número reducido de entidades que deben funcionar de forma armónica. En primer lugar, la interfaz debe contar con un sistema de entrada que permita la adquisición de señales cerebrales y luego su tratamiento para clasificarlas y descifrarlas. Junto al sistema de entrada, la interfaz debe tener una salida constituida por un mando mecánico sobre un elemento del entorno (un teclado virtual, una silla de ruedas, una prótesis articulada, etc.). Finalmente, debe constar de un bucle final de aprendizaje por retroacción que permita a la persona progresar en el dominio de la interfaz y, recíprocamente, a la interfaz afinar la interpretación de las actividades cerebrales del paciente. Invitamos al lector a que nos siga por los meandros del cerebro donde el pensamiento nace a partir de la electricidad.

Para que las señales cerebrales puedan ser descifradas por una interfaz cerebro-máquina, deben cumplir dos requisitos: deben poder ser desencadenadas fácilmente durante la tarea mental y luego deben poder ser fácilmente detectadas a partir de una señal ahogada en el ruido. Por ejemplo, el cálculo o la rotación mental de un objeto en el espacio son algunas de las actividades que más fácilmente pueden llevarse a cabo en el marco de una interfaz cerebro-máquina, ya que ambas actividades cumplen los requisitos necesarios. Stanislas Dehaene, del Collège de France, ha demostrado de qué modo la actividad cerebral traduce la jerarquización de las informaciones recibidas durante un cálculo mental o una rotación mental[270]. Esta facultad podría aplicarse para evaluar el estado de las personas en coma, sus posibilidades de despertar y la anticipación de las secuelas eventuales, por citar solo los ejemplos más sobresalientes.

Las señales corticales captadas en la superficie del cerebro proceden de la actividad eléctrica de las neuronas. Existen dos maneras de captarlas dependiendo de si se utiliza un método invasivo o no invasivo. Cuando la adquisición es invasiva, un electrodo único o una parrilla de electrodos se implanta a través de la caja craneal. Este método ofrece una resolución espacial excelente ya que permite medir la sensibilidad de una neurona o de un microcircuito de neuronas. Una parrilla de electrodos colocada debajo, o encima, de la duramadre, permite producir un electrocorticograma local y preciso. Las técnicas no invasivas consisten en situar los electrodos sobre el cuero cabelludo para medir la actividad de un número mayor de neuronas y producir de este modo un electroencefalograma. En este caso, la resolución espacial es mucho menor: resulta difícil localizar con precisión el origen de la señal y la duración del registro se limita a unos días.

Las manifestaciones de la actividad eléctrica cerebral son más o menos complejas de tratar según sean impulsos eléctricos generados por una única neurona o se trate de analizar la actividad de varios miles de ellas que se traduce en potenciales corticales lentos, una actividad oscilatoria sensorio-motriz, o bien en potenciales evocados.

La utilización de las interfaces cerebro-máquina con fines terapéuticos es larga y fastidiosa, ya que implica procesos de aprendizaje sucesivos que asocian el sujeto a la máquina gobernada. Actualmente, las interfaces invasivas, desarrolladas y aplicadas esencialmente en monos (el único modelo animal próximo al ser humano debido a su destreza manual), ya están en servicio. Con ayuda de un dedo robótico, activado por músculos artificiales neumáticos que imitan la mano humana, es posible —tal como hemos visto— utilizar señales intracerebrales recogidas en el mono para replicar con el dedo artificial los movimientos del dedo del mono. Al conseguir reconstituir los movimientos a partir de señales registradas previamente en el mono, se puede generalizar este control motor a varios dedos para conseguir la destreza suficiente para la manipulación de objetos.

Sin duda el alcance de estas aportaciones tecnológicas transformará de manera radical la calidad de vida de las personas mayores o de aquellas que sufren una deficiencia motriz o sensorial. Es probable que estos avances lleguen al conjunto de las actividades humanas y lo hagan mucho más rápidamente de lo que los especialistas son capaces de predecir actualmente. Por supuesto, estos progresos, como los demás avances realizados anteriormente, suscitan miedos y plantean cuestiones sociales, culturales o morales, algunas veces fundadas. Sin embargo, recordemos que las interfaces cerebro-máquina nacieron de los progresos de la técnica para tratar deficiencias físicas o mentales que hasta entonces eran irreparables. ¿Hay que lamentarlo?

¿Podrá realmente la humanidad dar la espalda a estas tecnologías? Ante esta cuestión, actualmente existen dos posturas enfrentadas. Si bien las interfaces conciernen situaciones patológicas para las cuales la interacción biología/electrónica es indispensable, las objeciones éticas se han silenciado ante las mejoras posibles que estos instrumentos aportan a las condiciones de vida de los enfermos. Aceptamos fácilmente la idea de cruzarnos por la calle con individuos provistos de un estimulador cardiaco o marcapasos. En cambio, los miedos son más intensos cuando se trata de imaginar la posibilidad de una fusión entre lo humano y la máquina. Las reticencias parecen ser numerosas cuando nos enteramos de que ya es posible aportar modificaciones de más que permiten añadir un miembro biónico, lo que cambiaría la estructura fundamental de lo humano, que se reconoce como fruto del orden «natural», o permitiría percibir un mundo que no es capaz de aprehender una retina natural.

A pesar de poseer grandes facultades plásticas, ¿podría el cerebro soportar un aumento sin límite de elementos que vendrían a sumarse a aquellos que dependen de su campo «natural» y que, sin embargo, debería controlar? En este ámbito, como en el de la biotecnología en general, queda por definir el ámbito de las aplicaciones a la vez clínicas, sociales y fundamentales del uso de las interfaces cerebro-máquina. Al sustituir partes de nuestro cuerpo «natural» por dispositivos biónicos rellenos de componentes electrónicos y de otros avatares mecánicos, la humanidad se aproxima paulatinamente a una especificación capaz de sustituir al Homo sapiens por una especie nueva[271]. Para algunos profetas catastrofistas, la llegada de los cíborgs[272] provocaría una forma de regresión de la especie. En un artículo publicado en 2004, «Cyborg morals, cyborg values, cyborg ethic[273]», Kevin Warwick, profesor de cibernética de la Universidad de Reading, en Inglaterra, considerado un cíborg ya que se hizo implantar en el antebrazo un microprocesador, expresaba su entusiasmo ante los avances cibernéticos, no sin por ello mencionar los miedos sociales y psicológicos que podían inducir los microprocesadores si estaban directamente conectados al cerebro o a otras partes del sistema nervioso central. El profesor Chris Crittenden, especialista en ética de la Universidad de Maine, en Estados Unidos, por su parte llegaba a la conclusión de que los cíborgs podrían incitar a la humanidad a tomar el camino de lo que él denomina la deselección individual: «La primera etapa en la caída hacia una deselección individual y una destrucción apocalíptica de nuestra comunidad humana se produciría si nuestra cultura girara en torno al eje de la tecnología», se lamentaba. Por lo tanto, ¿nos hallamos al inicio de una deselección individual o bien estamos entrando en una era en la que la humanidad asumirá totalmente el control de su entorno? Dejemos que cada uno de nosotros responda a esta pregunta…

ROBOTS DOTADOS DE NEURONAS

Los seres humanos no son los únicos que pueden beneficiarse de las proezas tecnológicas de la investigación biomédica. También existe un robot que funciona con un cerebro pequeño realmente biológico. Sus neuronas son capaces de aprender comportamientos relativamente sencillos como los que permiten evitar un obstáculo. La puesta a punto de este robot ha sido realizada en la Universidad de Reading en Gran Bretaña por el equipo de Kevin Warwick. Dicho robot, llamado Gordon, posee un cerebro biológico formado por células nerviosas procedentes de una rata. Tras la biopsia, se han disociado las células nerviosas y se han colocado sobre un sustrato compuesto por sesenta electrodos. En pocas horas, las células nerviosas establecen contactos nuevos entre sí y, en veinticuatro horas, se forma in vitro una red compleja de circuitos nerviosos. Después de transcurrir siete días siendo mantenidas de forma artificial en este entorno, las neuronas descargan impulsos eléctricos espontáneos, idénticos a los que se observan naturalmente en un cerebro despierto en busca de informaciones. El ardid se basó en unir los electrodos sobre los que vive ese pequeño amasijo de células nerviosas a los mandos motores del robot. Desde ese momento, Gordon está sometido al control de ese pequeño cerebro de rata que le permite aprender determinadas tareas. Cuando se choca contra una pared, por ejemplo, el cerebro recibe esta información en forma de estimulación, luego, por repetición, aprende a rodear el obstáculo. Por supuesto, el repertorio de conductas aprendido sigue siendo de momento muy limitado. Sin embargo, los investigadores calculan que en ese pequeño cerebro mantenido en vida apenas hay cien mil neuronas activas. Por lo tanto, las proezas técnicas de Gordon pueden ser comparadas con las de la rata, que posee alrededor de un millón de neuronas, o con las del ser humano que posee varias decenas de miles de millones. Los investigadores albergan la esperanza de que, aumentando el número de neuronas capaces de sobrevivir en un medio artificial, algún día Gordon podrá realizar tareas mucho más complejas que la de sencillamente evitar un obstáculo.

«FIAT LUX»

Hace unos años nació una disciplina nueva de la biología, la optogenética. Esta disciplina asocia la genética a los instrumentos de la óptica moderna para revelar la función precisa de los circuitos nerviosos y subrayar de este modo su relación potencial con tareas conductuales muy precisas. Esta hazaña fue realizada en primer lugar en 2002 por Gero Miesenböck[274], que entonces era un joven investigador que trabajaba en el Centro del Cáncer Sloan-Kettering de Nueva York, con la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster[275]). La generalización de este enfoque a los mamíferos fue obra del equipo de Karl Deisseroth, de la Universidad de Stanford[276]. Miesenböck y Deisseroth contribuyeron a mostrar de qué modo la biología molecular podía fusionarse con los métodos ópticos para activar o inhibir rápidamente, como mediante un interruptor, un conjunto de neuronas a través de la luz y, por lo tanto, el comportamiento de un organismo vivo, sea este un gusano, una mosca o un mamífero.

Actualmente, gracias a la luz dominada (fibra óptica, láser, etc.), esta técnica permite controlar las funciones cerebrales de los mamíferos con una precisión hasta ahora inigualada tanto en el tiempo como en el espacio. Esta posibilidad constituye una verdadera revolución si tenemos en cuenta que la luz controlada en la microscopía de los seres vivos estaba hasta ese momento circunscrita a los instrumentos de observación que han posibilitado estudios morfológicos clásicos, desde la forma general de las neuronas[277] hasta el movimiento íntimo de moléculas identificadas en una célula[278].

Para comprender adecuadamente la lógica de este método híbrido entre la genética y la óptica, es necesario que primero recordemos los principios de funcionamiento de una célula nerviosa. Las neuronas son células excitables, es decir que su membrana es permeable, de forma selectiva, a determinados iones, como el sodio, el calcio, el cloruro o el potasio. Sus desplazamientos van acompañados de cargas que actúan sobre la polarización de la membrana de las neuronas, produciendo potenciales locales o propagados en forma de impulso (potencial de acción). Además, las células nerviosas son elementos concebidos para recibir y emitir información transportada por los potenciales. Esta información se transmite mediante una unión eléctrica o bien por la activación de receptores con neuromediadores. El principal neuromediador excitante del cerebro es el glutamato. Este mediador es liberado por una región precisa de la neurona denominada sinapsis[279] por Charles Sherrington[280] para indicar que se trata de una zona de conexión entre neuronas[281]. Una vez liberado, el glutamato activa unos receptores que se encuentran en la superficie de la membrana de la neurona de enfrente, desencadenando de este modo el desplazamiento de cargas positivas transportadas por cationes (elementos cargados positivamente como el sodio, el calcio y toda una variedad de pequeños iones como el potasio) dentro de la neurona y, si la amplitud es suficiente, se alcanza el umbral de excitabilidad de la neurona y se engendra un potencial de acción.

En virtud de las propiedades eléctricas de la membrana de las neuronas, los científicos han utilizado hasta ahora la electricidad para estimular las neuronas o las sinapsis. El inconveniente principal de este método reside en la ausencia total de especificidad cuando la corriente se descarga en el tejido nervioso y se propaga a todas las estructuras conductoras. Para eludir el problema, algunos investigadores se han puesto a buscar un procedimiento que pueda destronar a la electricidad. El descubrimiento de receptores capaces de ser activados rápidamente y de forma reversible por un rayo luminoso ha llevado a que los investigadores sustituyan la electricidad por la luz. Los receptores de tipo rodopsina, presentes en la retina, pero también en el fitocromo de las plantas, son ejemplos de receptores sensibles a la luz. Sin embargo, rápidamente los neurocientíficos se fijaron en un canal iónico expresado por una célula procariota[282]. Esta proteína permeable a los cationes[283] actúa de receptor sensorial a la luz en el alga unicelular verde Chlamydomonas reinhardtii. Este receptor, denominado canal membranal de rodopsina-2 (o canalrodopsina) por su parentesco con la rodopsina de la retina, es sensible a la luz. La absorción máxima de la luz se efectúa para una longitud de onda de aproximadamente 440 nanómetros, lo que corresponde a la luz azul de los fondos oceánicos donde reside el alga. Este receptor sensorial permite al alga fotosensible controlar varias funciones celulares como el mantenimiento de la acidez intracelular, el aflujo de calcio y la excitabilidad eléctrica. El acoplamiento directo de la luz al canal despolariza (potencial más positivo) rápida e intensamente el potencial de membrana, dos parámetros que han facilitado el uso de esta proteína en neurobiología.

De nada sirve excitar las neuronas si no se es capaz de garantizar también su inhibición. Existe una bomba de protones (selectiva a los protones y al cloruro, ión cargado negativamente) que se activa con la luz amarilla con longitudes de ondas próximas a los 584 nanómetros. Esta bomba membranal denominada halorodopsina se ha aislado y luego ha sido caracterizada a partir de la arqueobacteria sahariana Natronomonas pharaonis. Introducida en una neurona, hace que el potencial membranal sea más negativo bajo la luz amarilla, produciendo el efecto opuesto de la canalrodopsina: una inhibición.

Así pues, tanto la canalrodopsina como la halorodopsina son dos «interruptores» que permiten al experimentador decidir excitar (canalrodopsina) o inhibir (halorodopsina) una neurona dada, eligiendo iluminarla con un haz luminoso cuya longitud de onda pueda ser limitada precisamente al azul o al amarillo[284]. Dado que el sistema canalrodopsina/halorodopsina puede ser genéticamente transferido a las neuronas de un tipo específico o a cualquier otra célula excitable implicada en una enfermedad (por ejemplo el sistema inmunitario), la capacidad para utilizar la luz para inhibir o activar circuitos nerviosos puede tener aplicaciones prácticas en terapia para la clínica humana, por ejemplo en el caso de la enfermedad de Parkinson.

Las propiedades intrínsecas de las proteínas de la familia de las rodopsinas (activación rápida y sostenida en presencia de luz, seguida de un cierre rápido del canal en ausencia de luz) hacen de ellas proteínas adecuadas para poder modular, a voluntad, el potencial eléctrico de la membrana y, por lo tanto, el estado de activación de las células nerviosas. Puesto que la proteína del alga verde no se encuentra de forma natural en la membrana de las neuronas, los investigadores deben recurrir a la genética (de ahí la terminología optogenética) para forzar su expresión en las células elegidas. Gracias a la utilización de vectores virales que contienen ADN complementario que codifica la rodopsina, se fuerza la expresión de este fotorreceptor en una población de neuronas que presentan interés[285]. Una vez infectadas por el virus, las neuronas responden a la estimulación luminosa (aplicada en forma de un flash durante unos milisegundos) con una despolarización que, si es suficiente, puede hacer que la neurona descargue impulsos eléctricos[286]. Esta estimulación fotónica es evidentemente reversible, ya que en cuanto el flash luminoso deja de funcionar, el potencial de la membrana de la neurona vuelve a su valor inicial y, a partir de ese momento, cesan los impulsos.

Actualmente, las estimulaciones luminosas están ganando terreno a las estimulaciones eléctricas que habían permitido a los neurobiólogos conseguir tantos avances, desde Volta que describió en 1792 las condiciones de excitación de los músculos de la rana hasta Penfield[287] y su famoso homúnculo[288] dibujado por estímulos eléctricos descargados en la superficie del córtex. Por ejemplo, se sabía que estímulos eléctricos, aplicados a nivel del córtex somatosensorial primario, podían inducir sensaciones comparables a las que provocan estímulos táctiles aplicados en la periferia[289]. Sin embargo, estas estimulaciones corticales no permitían conocer la cantidad de neuronas que se encontraban en el origen de la sensación percibida. En 2008, un laboratorio aprovechó las ventajas de la optogenética para realizar microestimulaciones basadas en el empleo de la luz para activar precisamente un grupo de neuronas del córtex[290]. El objetivo de este experimento era, nada más y nada menos, poder definir las bases celulares de la percepción. Gracias a la luz, al estimular concretamente la actividad de un grupo de neuronas del córtex somotosensorial primario de los roedores, estos investigadores mostraron que la estimulación de un número reducido de neuronas (tres o cuatro) bastaba para desencadenar una percepción sensorial similar a la estimulación de un pelo del bigote de ratón. En este caso, la fuente de estimulación no procedía del entorno del animal, sino de un diodo electroluminiscente (LED) en miniatura colocado en la superficie del córtex. Provisto con este dispositivo, el ratón recibe un flash luminoso que estimula directamente las neuronas corticales capaces de expresar la rodopsina. La cantidad de neuronas estimuladas por la luz es directamente proporcional a la intensidad utilizada.

¿Cómo era posible asegurarse de que los roedores percibían el flash luminoso como un verdadero estímulo sensorial? Para ello, los ratones fueron sometidos a una tarea de condicionamiento de tipo pavloviano[291]. Se entrenó a los roedores para que asociaran la estimulación de las neuronas corticales con una recompensa, en concreto con una gota de agua, que solo recibían cuando introducían el hocico en el agujero correcto del dispositivo experimental. Los animales empiezan el test colocando el hocico en una cavidad central, luego reciben cinco flashes luminosos breves cada 50 milisegundos (es decir 20 hercios) en el córtex somatosensorial primario. Tras recibir esta salva de estímulos fotónicos, los ratones colocan el hocico en el orificio colocado a la izquierda de la posición inicial o a la derecha, cuando no se libera el estímulo fotónico. Con unas cuantas sesiones de entrenamiento, todos los ratones que expresan rodopsina alcanzan rápidamente una tasa de respuestas correctas de aproximadamente ocho intentos sobre diez. Para conseguir este nivel de rendimiento, es necesario estimular al menos sesenta neuronas. En cambio, si se aplica una única estimulación luminosa en lugar de cinco, lo que induce por lo tanto un único impulso eléctrico en las neuronas estimuladas, es necesario actuar sobre unas trescientas neuronas simultáneamente para obtener la misma tasa de respuestas correctas. Estos experimentos demuestran que la formación de un percepto requiere la activación de sesenta neuronas descargando simultáneamente en torno a cinco pulsiones cada una o bien trescientas neuronas que emiten de forma individual un impulso. Sorprendentemente, estos experimentos prueban que los circuitos nerviosos pueden elegir un funcionamiento de tipo colectivo o, a la inversa, de tipo individual. En cualquier caso, solo es necesario activar un número relativamente reducido de neuronas para que se pueda construir un percepto y guiar al animal para que tome una decisión (correcta[292]).

En el Instituto Pasteur, acabamos de demostrar, en relación con los mismos preceptos, que las neuronas nuevas que nacen en el cerebro adulto pueden ser estimuladas por la luz[293]. Hemos llevado a cabo este juego malabar asociando los instrumentos de la óptica con los de la genética para conseguir que las neuronas nuevas sean sensibles a la luz. La expresión específica de la rodopsina en las nuevas neuronas nos ha permitido hacernos con el control de su actividad eléctrica simplemente con ayuda de flashes luminosos. Por vez primera, este método ha revelado las señales emitidas por las células nuevas nerviosas y ha identificado precisamente la naturaleza de sus dianas en el bulbo olfativo.

Con el auge de instrumentos que utilizan la luz como fuente de excitación o de inhibición de los circuitos nerviosos[294], no hay duda de que la optogenética nos reserva todavía muchas otras sorpresas en materia de comprensión de las relaciones que unen la actividad de los circuitos del córtex con las distintas facetas del comportamiento. Fiat lux!

Aprovechando las ventajas que ofrece la optogenética, Botond Roska, investigador del Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research de Basilea, ha introducido la rodopsina en la retina[295] de un ratón ciego. El trabajo dirigido por el equipo de Roska, en asociación con el equipo de José-Alain Sahel en el Instituto de la Visión de París, fue realizado sobre ratones que sufrían una enfermedad degenerativa de la retina; enfermedad de origen genético y que sigue siendo incurable. El objetivo que perseguían estos trabajos es sencillo: poder restaurar la función visual de la retina, introduciendo un receptor sensible a la luz en las neuronas supervivientes. Ya que la enfermedad que afecta a los ratones se manifiesta en una degeneración de los fotorreceptores, estos investigadores tuvieron que introducir el receptor sensible a la luz en las células de la retina que podían sobrevivir a la enfermedad degenerativa (este modelo propio de los múridos corresponde en el hombre a la retinopatía pigmentaria[296] y la degeneración macular que va unida a la edad[297]), pero que no expresaban de forma natural el receptor sensible a la luz. Mediante un virus, se introdujo la rodopsina en las neuronas denominadas bipolares, cuyo papel habitual es el de servir de intermediarias entre los fotorreceptores y el resto del cerebro. Las neuronas bipolares, que ahora expresan la rodopsina, se comportan como verdaderos fotorreceptores y los ratones recuperan la vista, al menos parcialmente[298]. Estos mismos investigadores han mostrado también que los fotorreceptores humanos, extraídos post mortem a partir de explantes retinianos, podían experimentar el mismo tratamiento para incrementar su sensibilidad a la luz, abriendo así las puertas a la experimentación clínica con seres humanos.

Las aplicaciones de la optogenética van mucho más allá de la reparación de la retina. K. Deisseroth y su equipo han mostrado, por ejemplo, su capacidad para trabajar con distintos tipos de neuronas del cerebro[299]. Esta posibilidad de elegir de forma precisa a qué neuronas se aplica permite conocer mejor los mecanismos neurológicos de los trastornos de la psique. Al elegir como objetivo el hipotálamo, los científicos son incluso capaces de crear necesidades y deseos vitales en los animales[300]. La optogenética está también presente en las investigaciones cuya finalidad es explicar mejor los trastornos neurológicos de la adicción. Las estimulaciones luminosas permiten controlar circuitos nerviosos implicados en las conductas de dependencia de las drogas. Unos ratones que se mueven libremente reciben flashes luminosos en el cerebro cuando entran en una zona llamada «habitación del placer». Con unas pocas sesiones, los ratones aprenden a pasar casi todo el tiempo en esta habitación, evitando con cuidado las demás habitaciones de este dispositivo experimental.

Actualmente, la optogenética se está volviendo cada vez más una tecnología útil para tratar los trastornos psicológicos del hombre. Esta revolución tecnológica plantea numerosas cuestiones. ¿Qué ocurrirá cuando la manipulación genética y los aparatos electrónicos miniaturizados capaces de liberar luz nos permitan apuntar directamente a determinadas regiones de nuestro cerebro y estimularlas a voluntad mediante la luz? ¿Qué haremos con los conocimientos adquiridos en materia de estimulación del hipotálamo y con esa posibilidad de hacer que cualquier persona se sienta hambrienta, enfadada o excitada? Por supuesto, ya existen sujetos que han recibido implantes de electrodos para tratar una epilepsia recurrente o bien para conectar neuronas con un ordenador. Tal como hemos descrito, un procedimiento relativamente nuevo permite incluso aplicar estimulaciones eléctricas a las estructuras cerebrales profundas para tratar a personas enfermas de Parkinson.

En efecto, esta enfermedad cada vez está más próxima a los milagros de la luz. Recordemos que esta patología, que provoca una invalidez grave, afecta a cien mil personas en Francia y que cada año aparecen ocho mil casos nuevos. A menudo empieza entre los 50 y los 65 años y va acompañada de una tríada de síntomas motores: temblores en reposo, rigidez muscular e incapacidad de realizar determinados movimientos. Según lo avanzado de la enfermedad, los sujetos pueden sufrir, o no, dificultades de elocución, incluso depresión. Esta enfermedad es fruto de una pérdida selectiva de las neuronas dopaminérgicas situadas en una región central del cerebro que se denomina sustancia negra. Se sigue ignorando cuál es la causa precisa de esta enfermedad. Existe un medicamento, la L-dopa, que compensa la carencia de dopamina.

Ahora bien, cuando esta sustancia ya no es (o no es) eficaz, existe un tratamiento quirúrgico que consiste en implantar un electrodo en otra región profunda del cerebro, el núcleo subtalámico, y en estimular eléctricamente dicha zona. Sin embargo, aunque esta estimulación cerebral profunda reduce, o incluso elimina, los síntomas motores de la enfermedad, no compensa la pérdida de dopamina unida a la desaparición de las neuronas dopaminérgicas. Otro inconveniente importante: resulta difícil determinar las consecuencias de la estimulación eléctrica sobre la motricidad, ya que el núcleo subtalámico es muy heterogéneo y las neuronas diana reaccionan de forma imprevisible a las estimulaciones eléctricas.

Durante investigaciones recientes, Karl Deisseroth y sus colegas han utilizado la optogenética para comprender cómo la estimulación luminosa ejerce sus efectos terapéuticos[301]. En este caso, el procedimiento apuntaba a la expresión de genes particulares de la familia de las rodopsinas para estimular específicamente mediante la luz las neuronas involucradas en el control de la motricidad. Este equipo visualizó en primer lugar, en tiempo real, los circuitos que se activan en la rata despierta, cuando planifica una secuencia de movimientos voluntarios. Después los neurobiólogos reprodujeron los mismos efectos estimulando mediante luz cada tipo de neuronas en cada región de los circuitos motores implicados. La excitación luminosa profunda estimula directamente las neuronas del córtex motor que están conectadas al núcleo subtalámico. Gracias a esta estimulación fotónica, puede restablecerse la actividad normal de los ganglios de la base y del córtex.

EL DOPAJE CEREBRAL

Aceptamos sin reparos la idea de hacer que nos retoquen la nariz, de llevar gafas para corregir un defecto de nuestra visión, de hacer desaparecer una arruga poco favorecedora con Botox o también la de conseguir apoyo escolar para nuestro hijo para aumentar su rendimiento intelectual. Consideramos que cualquier imperfección heredada o adquirida, tanto física como mental, puede ser tratada como cualquier otra necesidad, vital o no. Si esta elección no plantea ningún problema ético, ¿qué pensar entonces de los medicamentos que podemos utilizar no para curar sino para aumentar el rendimiento y la productividad de nuestro cerebro? Estas moléculas, capaces de dopar la inteligencia o la memoria, ya existen. Es posible utilizar determinados medicamentos fuera de su contexto terapéutico clásico, para mejorar nuestras funciones mentales o aumentar nuestra inteligencia. Sin embargo, ¿estamos dispuestos a aceptar que cualquiera utilice estimulantes cognitivos y otros psicotrópicos? ¿El dopaje cerebral, comparable al dopaje de los deportistas, es asimilable por la sociedad?

Estas cuestiones ocupan el centro del debate que se ha puesto en marcha entre neurocientíficos y filósofos, bajo el doble patrocinio de la National Science Foundation y la New York Academy of Sciences. Este encuentro, conducido por la profesora Judy Illes de la facultad de medicina de Stanford, se centró en delimitar los problemas relacionados con la utilización de las nuevas tecnologías con fines no terapéuticos. Los nuevos avances fundamentales de las neurociencias y sus aplicaciones tecnológicas permiten actualmente ofrecer a cualquier individuo un arsenal de instrumentos capaces de mejorar la motricidad, la percepción, la atención o la memoria. Las posibilidades de aumentar los poderes de un cerebro son múltiples: pueden estar basadas en la utilización de moléculas o en el uso de implantes o de neuroprótesis[302].

Con la finalidad de mejorar los rendimientos del individuo, los progresos tecnológicos recientes plantean interrogantes nuevos en relación con los valores morales, las normas jurídicas, incluso cuando afectan a la salud de las personas que siguen estos tipos de tratamientos[303]. ¿Hay que anticipar y delimitar las consecuencias que podrían tener una vez aplicadas al cerebro? El objetivo de dicho encuentro era también aportar una mirada cruzada sobre los progresos recientes de la tecnociencia[304] y anticipar las posibles implicaciones a nivel social, moral y jurídico. En efecto, ya es hora de iniciar una reflexión sobre los límites que se deberían poner al uso de tecnologías nuevas y otros amplificadores cognitivos, denominados popularmente smart drugs[305]. Al intervenir directamente sobre el cerebro y al intentar «aumentarlo», es decir, hacerlo capaz de funcionar fuera de la norma[306], quizá estemos tocando el propio ser del hombre. El debate está abierto. Mientras los filósofos aportan respuestas, los científicos se afanan en «dominar» la cuestión. ¿Es previsible una fusión verdadera de ambos puntos de vista?

El debate sobre un consumo distinto de medicamentos prescritos inicialmente para tratar determinadas patologías, como los déficits de atención o la narcolepsia, sigue abierto y las opiniones son contrastadas. Para algunos, la posibilidad de mejorar nuestro rendimiento intelectual sería una fuente potencial de discriminación entre los seres humanos y, por lo tanto, de desigualdades sobre el planeta. Según esta visión profética, por un lado, estarían aquellas personas que en el futuro podrían acceder a tratamientos capaces de mejorar sus facultades intelectuales y, por el otro, las demás, sin los recursos necesarios para acceder a esta medicina y así aumentar sus capacidades. ¿Acaso nos dirigimos hacia una sociedad a dos velocidades, en la que los pudientes, un puñado, podrían pagarse un dopaje cerebral, mientras que los demás permanecerían apartados de nuevos saberes y otras proezas intelectuales? En este caso, el dopaje cerebral representaría un factor importante y peligroso de discriminación. ¿Qué sucedería si algunos alumnos o estudiantes pudieran acceder al dopaje cerebral para aumentar su rendimiento en la escuela, mientras que el resto de la clase no pudiera beneficiarse de ello? ¿Deberían los profesores incitar al conjunto de los alumnos a hacer lo mismo?

Para estos detractores existen hechos aún más graves: injertar implantes cerebrales, utilizar neuroprótesis o implantar chips de memoria. Para ellos esto es lo mismo que modificar total o parcialmente la identidad humana. Para satisfacer las necesidades económicas, por ejemplo, sería posible poner en marcha una verdadera gestión social de nuestras actividades mentales. Perderíamos nuestro libre albedrío para someternos a la dictadura del instrumento. Según este punto de vista, la posibilidad de quintuplicar las funciones mentales del ser humano marcaría, bajo la influencia creciente de los cibernéticos, el inicio de una transformación radical de la concepción del hombre definida por los humanistas en el Siglo de las Luces[307].

Por el contrario, otros, convencidos de las ventajas que las aplicaciones tecnológicas al servicio del ser humano aportan, defienden el desarrollo del dopaje cerebral. Para sus defensores, el Homo sapiens siempre ha intentado y ha conseguido aumentar sus facultades mentales al descubrir, por azar, las virtudes de una taza de café al levantarse o de un cigarrillo para permanecer despierto toda la noche. Las moléculas producidas por la industria farmacéutica para dopar la inteligencia o la memoria solo representarían una de las múltiples respuestas posibles a esta búsqueda del hombre.

Tanto para lo bueno como para lo malo, el Ritalin®, el Modafinil® o bien las anfetaminas gozarán todavía de días de esplendor. El consumo de estas smart drugs y de otros psicoestimulantes es constante y progresivo. Por ejemplo, para combatir los trastornos psiquiátricos del niño o del adolescente, ya no se duda en prescribir Ritalin® a aquellos que sufren déficit de atención (TDAH, véase el capítulo anterior). El estado de estos niños mejora de forma significativa. Recientemente la industria farmacéutica ha lanzado otro producto, el Modafinil®, capaz de aumentar la atención y la memoria, pero también de reducir las horas de sueño. La estructura de esta molécula y su modo de acción son muy distintos de los psicoestimulantes. Generalmente se utiliza para el tratamiento de la hipersomnia (sueño excesivo), la narcolepsia (ataques bruscos de sueño) y lo utilizan también los trabajadores nocturnos. La finalidad de este fármaco es prolongar el estado de vigilia. Su acción va dirigida a la actividad de un centro nervioso situado en el tronco cerebral, que se denomina locus coeruleus[308]. Actualmente se utiliza para paliar las privaciones de sueño exigidas en determinadas profesiones (militares, bomberos o enfermeras). En Internet se encuentran muchas páginas en las que se alaban sus méritos y se afirma que su eficacia lo acerca a las anfetaminas con efectos secundarios «del nivel de la cafeína[309]». Cuando en 2002 el Modafinil® salió al mercado, la prensa ya señaló que iba a convertirse en «una droga estilo de vida para una sociedad privada de sueño las veinticuatro horas del día y siete días a la semana[310]». Por su parte, la cadena BBC News[311] anunció que un estudio realizado a partir de sesenta voluntarios sanos mostraba que el Modafinil® aumentaba de forma significativa la memoria a corto plazo (denominada también Memoria de trabajo). Quizá esta popularidad inesperada se deba a los límites del consumo de café y cigarrillos que ya no basta para dopar a los esclavos del trabajo. Si este es el caso, la ingesta de dopantes cerebrales no sería entonces más que un subterfugio que permitiría a los esclavos modernos no perder el tren hacia una competitividad cada vez mayor, como la Reina Roja en Del otro lado del espejo de Lewis Carroll[312].

Junto a los psicoestimulantes y demás sustancias parecidas figura una categoría de nuevos compuestos conocidos por aumentar la atención y el estado vigilante y por facilitar el aprendizaje y la memoria. Estas sustancias, denominadas nootrópicas, fueron concebidas en origen para los sujetos con trastornos mnésicos. Actualmente, forman parte del arsenal químico que utilizan algunos estudiantes que buscan mejorar su rendimiento intelectual. Debido a su capacidad para mejorar las facultades cognitivas, estos nuevos medicamentos protagonizarán un desarrollo fulgurante en las próximas décadas. Sobre todo se consumirán sustancias nootrópicas para combatir los trastornos de atención en trabajadores cansados o las utilizarán los viajeros que quieran reponer fuerzas tras largas horas de vuelo. Como ejemplo de moléculas que pertenecen a esta categoría, citaremos las ampaquinas, descubiertas por el neurobiólogo Gary Lynch y sus colegas californianos. Favorecen una conducción mejor del flujo nervioso a través de la activación de receptores de glutamato[313]. Inicialmente fueron desarrolladas para tratar a las personas que sufrían fatiga crónica o enfermas de Alzheimer. Actualmente, las consumen principalmente personas que gozan de buena salud, deseosas de potenciar su memoria. A diferencia de los psicoestimulantes como la cafeína o las anfetaminas, las ampaquinas no parecen tener efectos secundarios desagradables y duraderos como el insomnio.

Los estupefacientes son sustancias y preparados que engendran dependencia y que tienen efectos de tipo morfínico, cocaínico o cannábico. La cocaína[314] y las anfetaminas[315] aumentan el estado de vigilia estimulando la liberación de dopamina, la molécula del placer. Las otras sustancias importantes que pertenecen al arsenal del dopaje se denomina psicotrópicas. El término psicotrópico significa literalmente «que actúa, que da una dirección» (-trópico) al psiquismo (en resumidas cuentas, remedios para el espíritu). En 1957, el psiquiatra Jean Delay, que dirigía el Instituto de Psicología de la Universidad de París[316], definía los psicotrópicos como «sustancias químicas de origen natural o artificial, que poseen un tropismo psicológico, es decir, que pueden modificar la actividad mental, sin prejuzgar el tipo de dicha modificación». Todas las sustancias psicotrópicas engendran dependencia (los profesionales de la salud mental que participan en la redacción de la quinta versión del DSM (Manual diagnóstico y estadístico de los trastornos mentales) han sustituido este término por el de adicción[317]), independientemente de si contienen anfetaminas, neurolépticos[318] o alucinógenos como la mescalina extraída de un pequeño cactus de origen mexicano, utilizada antaño por algunas tribus indias de México y del sur de los Estados Unidos para sus ritos mágico-religiosos. Esta categoría de sustancia química actúa sobre los circuitos nerviosos de la recompensa para que activen de forma permanente los efectos de la dopamina.

Las anfetaminas son productos de síntesis que actúan también como estimulantes del sistema nervioso central. Fueron introducidas en la década de 1930 como remedio contra la congestión nasal. En esa época, se comercializaban y su venta era libre en forma de inhalador, la benzedrina. Después, las anfetaminas se utilizaron para tratar la obesidad y los trastornos del humor. En la década de 1950, el consumo se generalizó entre las mujeres que deseaban perder peso. Este abuso provocó una verdadera plaga nacional en Estados Unidos, donde el número de individuos con una dependencia grave aumentó. Las anfetaminas, que empezaron siendo prescritas por los médicos como estimulante, actualmente se clasifican en la categoría de sustancias estupefacientes. Mantienen en alerta las principales funciones de nuestro cerebro, de ahí que actualmente se use entre profesionales que desean mejorar constantemente su rendimiento. Por ejemplo, es habitual ver consumir anfetaminas para alcanzar los estándares establecidos por los mejores operadores de mercado (traders). La otra cara de la moneda: este consumo expone a riesgos tanto físicos como psíquicos que incluyen un estado de vigilia prolongado que puede desembocar en un agotamiento extremo, hipertensión arterial con riesgo de hemorragias, de infartos, de trastornos del sueño, de anorexia, de estados delirantes agudos, paranoia, etc. El informe Trend del Observatorio Francés de Drogas y Toxicomanías señala que «el consumo de anfetaminas existe en Francia desde, como mínimo, inicios de la década de 1940. Al principio fue un consumo discreto que aumentó mucho en la década de 1960, aunque sin llegar a alcanzar el nivel de determinados países de la Unión Europea como Suecia o Gran Bretaña[319]». En este informe, se puede leer también que, hasta 1995, el abastecimiento de anfetaminas procedía esencialmente de desvíos practicados en el sector médico. Luego apareció una forma importada de anfetamina en polvo para atender a la demanda creciente del ámbito tecno[320].

El éxtasis es otra sustancia dopante que da mucho que hablar actualmente, a pesar de que el número de consumidores sea relativamente bajo, aproximadamente un 2 % de las personas con edades comprendidas entre los 15 y los 65 años en Francia. El éxtasis, o seguramente uno o varios de sus metabolitos, actúa bloqueando el sistema de recaptura de la serotonina y de la dopamina. Desgraciadamente, el exceso de estos metabolitos puede contribuir también a la destrucción de las neuronas. Si bien el éxtasis es el producto que da más placer en relación con sus efectos tóxicos, también es uno de los más mortíferos, causando en algunos individuos trastornos psíquicos irreversibles. El otro avatar importante del consumo regular de éxtasis es su relación probable con la depresión y con trastornos cognitivos que podrían ser irreversibles. Algunos investigadores consideran incluso que las destrucciones masivas de neuronas bajo el efecto del éxtasis pueden engendrar enfermedades degenerativas como el Parkinson o el Alzheimer[321]. Además, el éxtasis se consume generalmente con otras sustancias cuyos efectos sinérgicos o aditivos todavía no se conocen en profundidad.

Esta paleta de sustancias dopantes muestra la diversidad química y los modos operatorios variados de los medicamentos ingeridos no tanto para alcanzar paraísos artificiales como para aumentar los rendimientos socioprofesionales, cada vez más difíciles de realizar. En 2008, un grupo de investigadores desató la controversia al defender un uso responsable de los medicamentos capaces de mejorar las funciones mentales de personas con buena salud[322]. Si la industria fabrica sustancias capaces de aumentar las capacidades mentales, sin causar efectos secundarios negativos a corto o largo plazo, por qué privarse de ellos, se preguntaban en la revista científica Nature. «En un mundo en el que la duración de la vida profesional y la esperanza de vida aumentan, los instrumentos —incluidos los farmacológicos— que estimulan nuestras capacidades mentales serán cada vez más necesarios para mejorar la calidad de vida y la productividad en el trabajo, como sucede en la lucha contra el envejecimiento normal o patológico», argumentaban Henry Greely, profesor de derecho en la Universidad Stanford y sus colegas neurocientíficos. Esta opinión sobre el uso de estupefacientes sigue suscitando reacciones contrastadas en Francia y en todo el mundo. Según estos universitarios americanos, los medicamentos dopantes, que son capaces de estimular las funciones intelectuales, deberían ser reconocidos y su consumo debería ser autorizado en un ámbito que queda todavía por definir. ¿Acaso el estímulo de nuestras funciones mentales no es el objetivo principal que perseguimos cotidianamente muchos de nosotros al saborear un café expreso, bebida aceptada desde hace miles de años para estimular nuestro rendimiento psíquico?

Para resultar más convincentes, los defensores del dopaje cerebral critican directamente los tres argumentos que se esgrimen para condenarlos. El primero tiene que ver con las consecuencias que este consumo podría acarrear en el mundo del trabajo o en el sector educativo. Ante el arsenal ya accesible de psicoestimulantes como el tabaco, la vitamina C o el café, reconocer el uso de las smart drugs solo supondría una forma más científica de validar y controlar su uso. Este grupo critica luego el mito de las proezas del aprendizaje que deberían ser realizadas de forma «natural» y no «artificial», como en el mundo del deporte. La dificultad en este ámbito, que desde la Antigüedad ha suscitado debates encendidos, es definir la frontera exacta entre lo natural y lo artificial[323]. Este grupo nos recuerda que la escritura o la informática, que favorecen también el aprendizaje, no son naturales. Finalmente, concluye criticando la noción de droga que se asocia generalmente a las sustancias dopantes cerebrales. Ya que la toxicomanía es una plaga social, la sociedad intenta de forma natural controlar el uso de estas sustancias considerando su toxicidad y los fenómenos de dependencia que acarrean. Sin embargo, se sabe actualmente que la dependencia de la heroína, la nicotina o los somníferos sigue los mismos mecanismos neurológicos[324]. Sin embargo, el tabaco no tiene el mismo estatuto legal que la heroína. En la práctica, el hecho de que una sustancia sea una droga adictiva no basta para prohibir su utilización.

En la introducción a su defensa, estos investigadores recuerdan que el consumo de estimulantes cognitivos, fuera de la prescripción médica, constituye ya una realidad. Según varias encuestas realizadas en los campus universitarios de Estados Unidos, cada vez más estudiantes obtienen de forma ilegal Modafinil® para estimular el estado de vigilia o Ritalin® para dopar su rendimiento ante un examen crucial[325]. A medida que nos enfrontamos a la disminución normal de nuestra memoria, o nuestra atención, ¿no sería aconsejable utilizar un estimulante para recuperar la capacidad de antaño? Para comprobar esta hipótesis, Nature acompañaba el artículo con un sondeo efectuado entre mil cuatrocientos científicos. En él podemos leer que un lector de cada cinco afirma haber tomado ya Ritalin®, Modafinil® o betabloqueantes (medicamentos utilizados para el corazón) para dopar su atención, su memoria o sencillamente para gestionar su estrés. Este sondeo muestra que el fenómeno no se limita exclusivamente a los estudiantes que preparan exámenes: la máxima de consumo de productos dopantes aparece entre individuos menores de 25 años y entre los de más de 55 años. Esta tendencia se observa igualmente en el ámbito de otras actividades profesionales que reclaman un rendimiento cada vez mayor, como el mundo del espectáculo, la política, etc.

Finalmente, no seríamos exhaustivos sobre el tema del dopaje cerebral si no abordáramos el uso de estimulaciones magnéticas a través del cráneo para aumentar las facultades mentales. En efecto, desde hace poco se sabe que un tratamiento médico combinado con un entrenamiento de la memoria resulta más eficaz si va acompañado de estimulaciones magnéticas realizadas a través del cráneo. Investigadores de la Universidad de Tel-Aviv han mostrado que mediante un casco que libera estímulos magnéticos a través del cráneo en varios puntos precisos, las funciones cognitivas de los sujetos que sufren la enfermedad de Alzheimer podían mejorar[326]. Se van a plantear las mismas preguntas sobre esta técnica que las planteadas para los psicoestimulantes.

LO INFINITAMENTE PEQUEÑO EN NUESTRO CEREBRO

Para manipular, entiéndase reparar, esta máquina hermosa y compleja de 1300 cm³ y aproximadamente 1,5 kg, el cerebro, algunos creen que la ingeniería liliputiense puede ser muy útil. En efecto, en la frontera de lo infinitamente pequeño se esconden leyes de la física y la química necesarias para la aparición de las propiedades únicas del funcionamiento cerebral. ¿Podría existir un programa común que uniera las tecnociencias de la materia, la vida y la información? Evidentemente, la respuesta es positiva: ya estamos invadidos de nanomateriales comercializados en formas diversas como los nanotubos de carbono, los nanoláseres de los lectores de DVD, los nanochips para la identificación y la trazabilidad, es decir para el diagnóstico biológico.

Bajo el vocablo nanotecnología[327] se agrupan, por un lado, las actividades científicas y tecnológicas llevadas a cabo a escala atómica y molecular y, por el otro, los principios científicos y propiedades nuevas que emergen precisamente a dicha escala[328]. El marco conceptual en el cual estas actividades se desarrollan comprende un conjunto de disciplinas como la física, la química o la biología, cuyo objeto es el estudio de los elementos infinitamente pequeños dotados de propiedades singulares. En el origen de las nanociencias, estas disciplinas comparten el objetivo común de dominar la síntesis, y luego estudiar el comportamiento de los nanoelementos situados en distintos entornos. Entre otros, los principios fundamentales de las nanociencias predicen que los medicamentos del futuro serán más eficaces tras ser transformados en nanopartículas.

Cuando estas tecnologías, todavía hoy titubeantes, sean totalmente dominadas, es probable que acarreen cambios con un alcance difícilmente previsible actualmente, en los que estarán implicados tanto los ámbitos técnicos y económicos como los sociales. Esta revolución, que ya está en marcha, irá, sin duda, mucho más allá de los cambios engendrados por las revoluciones industriales mecánicas e informáticas de los dos siglos anteriores combinadas entre sí, y todo ello en un tiempo récord. Aunque todavía resulte imposible prever con certeza la fecha en la que la revolución «nanotecnológica» cambiará de forma duradera nuestro entorno, incluso nuestra calidad de vida, en un plazo más o menos próximo, parece inevitable.

¿Qué puede aportarnos exactamente esta ciencia nacida del estudio de objetos infinitamente pequeños? Las nanociencias estudian partículas físicas cuyo tamaño es del orden del nanómetro, es decir, una milmillonésima parte de metro. Esta dimensión nanométrica ha constituido durante mucho tiempo un espacio científico olvidado, en beneficio de escalas más clásicas cubiertas por el espacio micrométrico (una millonésima de metro). Las nanociencias se aplican a la zona de corte inmediatamente superior a la de los átomos o de las moléculas que forman los ladrillos elementales de la materia (viva o inerte). Recordemos que la dimensión de un átomo es del orden de una décima de nanómetro (una media de 0,3 nanómetros[329]). Así pues, teóricamente, en un nanómetro podemos alinear tres átomos. De estas proporciones distintas, podemos concluir que todo objeto nanométrico está formado por un puñado de átomos, o moléculas, contrariamente a los objetos clásicos microscópicos, que están constituidos por un número astronómico de moléculas y átomos.

Las propiedades fisicoquímicas particulares de las nanopartículas están en el origen de las transferencias tecnológicas de un saber fundamental hacia aplicaciones industriales o médicas. Por ejemplo, estas propiedades confieren a los elementos nanométricos el poder de conducir un principio activo directamente dentro de una célula enferma. Sin embargo, para ser útiles, los elementos nanométricos solo pueden manipularse una vez integrados en vectores de tamaño mayor, pertenecientes a la escala micrométrica, a su vez contenidos en dispositivos manipulables a escala humana. Por este motivo, las nanociencias o las nanotecnologías también integran la concepción o manipulación de objetos de tamaño inmediatamente superior (a menudo a escala microscópica) al tamaño nanométrico. No se limitan a explotar las propiedades de los átomos y moléculas para alcanzar un resultado macroscópico. Incluso trabajando a escala nanoscópica, el resultado final siempre es de un nivel superior.

En este mundo minúsculo, la mecánica cuántica es la única reina que dicta sus leyes. El dominio y la manipulación de los estados cuánticos abren la vía a métodos de cálculo con rendimientos que nada tienen que ver con los que actualmente alcanzan nuestros ordenadores. Esta disciplina no se hubiera podido desarrollar de forma espectacular estos últimos años sin el perfeccionamiento de los métodos de observación y la puesta a punto de instrumentos nuevos como el microscopio de efecto túnel desarrollado por Binnig y Rohrer en 1985[330] en los laboratorios de investigación IBM en Suiza. Este microscopio es una de las técnicas más fascinantes que existen actualmente, ya que permite sondear la materia a escala atómica y descubrir el mundo inaccesible de los átomos[331].

En 1959, el físico y premio Nobel Richard Feynman dio una conferencia en el California Institute of Technology titulada «Hay mucho sitio abajo». Se considera este seminario como el discurso inaugural de la historia de las nanotecnologías. Unos meses después, ante la Sociedad Americana de Física, Feynman retomó su mensaje a favor de las nanotecnologías. Mencionó entonces la existencia de un ámbito de investigación que hasta entonces no se había explorado: lo infinitamente pequeño. Consideraba que era posible concentrar grandes cantidades de información en superficies muy pequeñas manipulando los átomos, como otros manipulan los ladrillos para la construcción. Por ejemplo, sus cálculos muestran que, utilizando un círculo con una superficie de mil átomos por punto de impresión, es posible escribir toda la Encyclopædia Britannica sobre una cabeza de alfiler. Esta afirmación sigue siendo citada a menudo, ya que si bien en su momento solo era posible en teoría, pero no en la práctica, actualmente se trata de una profecía perfectamente realizable. Sin embargo, la verdadera ruptura epistemológica propuesta por Feynman tiene que ver con la manipulación de los átomos y moléculas, uno a uno, tratados como elementos discretos y no como elementos continuos[332].

Quince años después, un investigador de la Universidad de Tokio[333] sugirió el término nanotecnología para caracterizar un conjunto de investigaciones cuya finalidad era la síntesis y el estudio de objetos muy pequeños, dotados de propiedades nuevas. Para tratar estas singularidades, esta tecnología se posiciona en el punto de convergencia de tres disciplinas que hasta entonces eran relativamente independientes: la física, la química y la biología. Actualmente, las nanotecnologías agrupan el estudio de los fenómenos de la materia a escala atómica, molecular y macromolecular, donde las propiedades difieren sensiblemente de las que prevalecen a una escala mayor. Mientras que en la escala del micrómetro, las leyes de la física y la química clásica permanecen inviolables, esto ya no es cierto a escala nanométrica donde las propiedades fisicoquímicas tradicionales de los materiales cambian. En resumen, las nanociencias exploran nuevas leyes aplicables a los elementos nanométricos[334]. Los objetos de la escala nanométrica, los nanoobjetos[335], ocupan un campo intermedio entre los ladrillos elementales de construcción de la materia (átomos y moléculas), al estilo de un Lego, forzosamente discontinuos, y la materia macroscópica continua.

Este lugar, un tanto particular, les confiere una dinámica y unas propiedades distintas de las de los sistemas de pequeñas moléculas y sistemas macroscópicos que prevalecen en una escala mayor[336]. Para que un día los nanoobjetos puedan aplicarse al hombre, deberán ser sometidos a transformaciones microscópicas o macroscópicas y será necesario poner a punto materiales y dispositivos dotados de funciones y rendimientos nuevos. Para ello, será necesario estructurar la materia a escala nanométrica, es decir, a nivel atómico, molecular o supramolecular (aproximadamente de 1 a 100 nanómetros).

Actualmente, las nanotecnologías aplicables directamente a las neurociencias atañen a tres sectores de la ingeniería: la nanoelectrónica, la nanobiotecnología y los nanomateriales. La nanoelectrónica, que se inscribe en la prolongación de la microelectrónica, se ocupa de los componentes electrónicos de nuestros ordenadores. 20 nanómetros o 20 milmillonésimas de metro o también 70 átomos de anchura es el tamaño de los transistores[337] que los ingenieros del centro de investigación de Intel en Hillsboro (Oregón) consiguieron producir hace diez años. Actualmente, estos transistores ya solo miden siete átomos de longitud, pero, según Michelle Simmons, la inventora de este transistor, el más pequeño jamás fabricado, los ordenadores que lo lleven podrán «resolver problemas que en un ordenador clásico tardarían más que la duración de la vida del universo». Simmons afirma que este transistor de cristales de silicio es el primero que conduce concretamente hacia la fabricación del ordenador cuántico[338]. Según sus predicciones, este transistor empezará a utilizarse en aplicaciones comerciales en los próximos cinco años. Este transistor, desarrollado en la Universidad de New South Wales (en el Centro para las Tecnologías de Ordenador Cuántico) y en la Universidad de Wisconsin-Madison, podría reducir el tamaño del procesador[339] por cien y acelerar las velocidades de los procesos más allá de nuestros sueños más fantásticos. Cuando se consiga esta tecnología, la ley de Moore[340] acabará reducida a polvo. La posibilidad de producir microprocesadores con velocidades de cálculo prodigiosas permite contemplar un tratamiento en línea de las señales eléctricas cerebrales, así como interferir en la mente.

La nanobiotecnología es la ingeniería nanométrica que utiliza como instrumentos células vivas (células, bacterias) o entidades aisladas de estas (genes, encimas), para manipular organismos vivos o construir materiales inspirados en sistemas moleculares biológicos (se habla entonces de biomimetismo). Los campos de aplicación posibles de las nanobiotecnologías en materia de salud pública atañen por ejemplo a los implantes bioactivos, los instrumentos nuevos de diagnóstico médico y el tratamiento dirigido a determinadas células enfermas (véase el capítulo anterior).

Finalmente, los nanomateriales son el resultado del control preciso de la forma de las sustancias o partículas, de dimensiones nanométricas, para la construcción de materiales llamados nanoestructurados. De este modo, un principio activo presente en forma oblonga será transportado eficazmente por el sistema cardiovascular, mientras que su forma esférica facilitará la fusión con las membranas celulares y, por lo tanto, su acción dentro de la célula. Los nanomateriales son estructuras compuestas que confieren a los materiales propiedades específicas de la dimensión nanométrica unidas a la gran relación superficie/volumen[341]: fiabilidad, adaptación y resiliencia (cf. Anexo II). Por ejemplo, penetran más fácilmente en el cuerpo, no solo a través de la respiración y la ingestión, sino eventualmente también a través de la piel; pueden llegar a los vasos sanguíneos y así ser transportados fácilmente hacia el cerebro. Finalmente, los nanomateriales pueden penetrar eventualmente en el cerebro a través de otras vías como la nariz y luego el nervio olfativo.

Las aplicaciones médicas e industriales contempladas son tan cuantiosas que no es demasiado arriesgado prever que las nanotecnologías invadirán el ámbito de la salud y de la economía en un futuro próximo. Tomando como horizonte el año 2015, el 15 % de la actividad mundial relacionada con la manufactura debería incorporar dispositivos o materiales que utilicen directamente los avances fruto de las nanotecnologías[342]. Según la National Science Foundation, el total del mercado mundial, que se estima ya en 500 000 millones de dólares en 2008, podría duplicarse en 2015. Sin embargo, como sucede con los avances científicos y tecnológicos importantes, las nanotecnologías suponen también ansiedad y temores. A pesar de las ventajas innegables que aporta esta revolución tecnológica, quedan muchas cuestiones por resolver, lo que despierta numerosas inquietudes a nivel sanitario, ético o, incluso, sobre la gestión de los riesgos industriales. Es cierto que manipular la materia a escala molecular o atómica, para interferir en el mundo de lo vivo, plantea retos importantes para los que debemos estar preparados. No obstante, para los poderes públicos, el riesgo mayor reside actualmente en el peligro de que la opinión pública rechace en masa estos progresos tecnocientíficos[343].

MEDICINA Y NANOTECNOLOGÍA

Los progresos de la medicina a lo largo de los siglos han permitido efectuar diagnósticos tan precisos como precoces. Inicialmente, el médico se conformaba con examinar todo el cuerpo del enfermo. La imaginería médica permitió luego examinar los órganos o regiones precisas de dichos órganos. Las biopsias han permitido realizar análisis sobre muestras de tejidos y formar bancos de datos. Actualmente, los procedimientos de observación y manipulación a escala subcelular permiten precisar los orígenes de las patologías y los procedimientos que deben ponerse en marcha para remediarlas. En el futuro, la imaginería molecular intentará observar el comportamiento de moléculas únicas en el seno de los sistemas moleculares llamados organizados[344]. La utilización de nanopartículas como agentes de contraste en las técnicas de imagen (IRM) constituye actualmente un ejemplo concreto de la ventaja que aportan las nanotecnologías a la medicina. Esta nanomedicina intentará establecer el diagnóstico a nivel molecular y luego intervenir mediante terapias capaces de dirigirse a moléculas únicas. Mucho antes de que se manifieste la enfermedad, aparecen modificaciones físicas y químicas a nivel de las moléculas. La detección de estas señales premonitorias permitiría prevenir antes que curar —que a veces llega demasiado tarde.

Al intentar satisfacer este criterio de anticipación, un grupo de investigadores de la Universidad de Harvard mostró, en agosto de 2010, la posibilidad de insertar un transistor de escala nanométrica en una célula para medir su actividad eléctrica[345]. Este trabajo abre la puerta a los biochips que pueden implantarse para vigilar, «en línea», el estado de salud y para, eventualmente, liberar un medicamento en el cerebro. Permitirán también una vigilancia del paciente, que se acompañará del suministro instantáneo del medicamento en caso necesario. En los tetrapléjicos, estos biochips formarán verdaderas interfaces entre el cerebro y la máquina. Según un método que lo que pretende es imitar las propiedades biológicas de los sistemas sensoriales, las nanotecnologías permiten la creación de narices electrónicas. Sistemas de nanocaptores traducen la señal química, procedente de moléculas orgánicas en un medio gaseoso, en señales electrónicas que son tratadas por microprocesadores como si se tratara de los circuitos de neuronas del sistema olfativo. En este caso, el sistema de detección puede ser una superficie nanoestructurada de un material con propiedades semiconductoras. La interacción de una molécula orgánica con la superficie puede modificar su conductibilidad. Estos sistemas de inspiración biológica para la detección artificial de moléculas olorosas tienen implicaciones múltiples en la agroalimentación, en las industrias químicas o para el control de estupefacientes y la detección de minas[346].

La utilización cada vez más frecuente de puntos cuánticos para marcar y trazar las moléculas de la célula en sustitución de los fluorocromos clásicos, es prueba también del cambio radical del pensamiento clásico en farmacología[347]. Estas partículas de materiales semiconductores de diámetro controlado tienen además la particularidad de emitir luz según una longitud de onda elegida contrariamente a los fluorocromos clásicos. Al variar únicamente el tamaño de las nanopartículas, se puede obtener una paleta de colores, cosa imposible con los colorantes fluorescentes clásicos. Estas nanopartículas al fijarse sobre moléculas de interés biológico permiten seguir su trayecto en las células vivas, o en el seno de organismos, y así orientar las terapias futuras hacia acciones precisas a nivel molecular[348].

Actualmente, una de las ramas más prometedoras de las nanotecnologías es la posibilidad de vectorizar los medicamentos del futuro para aumentar su especificidad. Recordemos que un medicamento solo es válido por su capacidad de alcanzar su diana, es decir, por actuar en la concentración adecuada, en el momento justo y el lugar preciso. Por lo tanto, el medicamento ideal no debe perderse por los vericuetos del cuerpo humano, diluirse y perder parte de su eficacia. Para ello, resulta imperativo encerrar el principio activo del medicamento en una jaula minúscula, de algunos nanómetros de diámetro, obtenidos mediante la estructuración de polímeros químicos. Protegido en su caparazón, el medicamento del futuro viajará sin ser destruido por el organismo y, en función de las propiedades y/o la estructura de su jaula, alcanzará específicamente su diana. Ya que el diámetro de los capilares es de aproximadamente 4 micrómetros y que los poros de los capilares tienen un diámetro en torno a los 50 nanómetros, los investigadores modernos se centran en la producción de nanovectores capaces de atravesar esos poros para alcanzar el centro de la diana. Actualmente algunas pruebas se basan en encapsulaciones realizadas dentro de estructuras nanométricas como los fullerenos esféricos o los nanotubos de carbono. Otros ejes de investigación tratan las nanopartículas magnéticas que pueden ser guiadas desde el exterior del organismo mediante la aplicación de un campo magnético focalizado en la zona en tratamiento.

Para que este vector sea eficaz debe liberar el principio activo al alcanzar una diana determinada. Esta liberación puede ser automática (tras entrar en contacto con una molécula específica o tras la detección de un entorno físico-químico particular como un cambio del valor de pH o cuando se alcanza una temperatura dada) o estar dirigida a distancia por ultrasonidos, un campo magnético o por radiaciones infrarrojas que elevan la temperatura. De este modo, estas nanocápsulas capaces de liberar de forma controlada medicamentos completarían el arsenal terapéutico de las nanotecnologías[349]. A modo de ejemplo, citaremos el trabajo de los investigadores alemanes que han producido un chip en polímero que contiene microcavidades llenas de un agente farmacéutico soluble[350]. Cada microcavidad está sellada por un opérculo que puede ser destruido con una corriente eléctrica, liberando así el principio activo de forma controlada. Más recientemente, este mismo equipo ha modificado el método utilizando nanotransmisores para estimular las neuronas[351].

¿Podrá también beneficiarse la terapia génica, estrategia que consiste en introducir material genético en las células de un organismo para corregir en él alguna anomalía que puede originar una patología, de las bazas de las nanotecnologías? Recordemos que dos niños muy pequeños, con déficit inmunitario grave y poco común (DICS-X), se beneficiaron recientemente de un tratamiento nuevo dirigido por el equipo de Marina Cavazzana-Calvo y Alain Fischer (Hospital Necker-Enfants malades de París). Para corregir este déficit inmunitario a partir de un gen-medicamento, los investigadores decidieron utilizar un retrovirus a modo de vector para corregir el déficit genético. En el virus, ya inofensivo, se introdujo el gen que debía ser «injertado». A continuación el virus penetró espontáneamente en la célula para integrarse a su genoma. Actualmente, las nanopartículas se han convertido en los nuevos vectores terapéuticos sustituyendo a los vectores virales al imitar su cápside viral (envoltorio del virus que contiene el material genético). Las nanopartículas que pueden recombinarse carecen de carácter infeccioso, ya que no poseen material genético viral, lo que impide su réplica en las células diana, no ocasionan la persistencia de los efectos biológicos más allá de la interrupción del tratamiento.

La eficacia de los nanomedicamentos se ha demostrado también en el marco de las terapias sobre cánceres resistentes del hígado o leucemias. En este caso, un lípido natural, el escualeno, se acopla a los medicamentos anticancerígenos para formar nanopartículas con una eficacia diez veces mayor. También se esperan éxitos con el desarrollo de nanomedicamentos capaces de atravesar fácilmente la barrera hematoencefálica[352], que aísla parcialmente el cerebro del sistema sanguíneo. En este caso, las patologías relacionadas son múltiples: AVC, enfermedad de Alzheimer y enfermedad de Parkinson. Conclusión, gracias a la miniaturización, a los cálculos iniciados, a la mejora del acoplamiento entre electrodos y tejidos, las nanotecnologías permiten desarrollar implantes con un rendimiento mayor. Los progresos de las nanotecnologías abrirán el camino a nuevas moléculas dopantes, a implantes o a nanosistemas (vectores de medicamentos) que podrán aumentar casi indefinidamente el rendimiento físico o mental del ser humano.

CUANDO LAS NANOCIENCIAS SE FUSIONAN CON LO VIVO

El encuentro entre las ciencias duras (física y química) y la biología no es algo nuevo. A principios del siglo XX, ya se dio una fusión fructuosa entre la química y la biología que dio lugar a la química biológica, una ciencia que sitúa la química en relación con lo vivo (también denominada bioquímica). Esta alianza ha permitido la fabricación de remedios no ya a partir de extractos naturales de plantas, sino mediante síntesis química, lo que ha llevado al aumento casi infinito del número de medicamentos posibles. Durante la segunda mitad del siglo XX, se realizó la transposición de los métodos físicos al estudio de lo vivo. De esta convergencia nació la biología molecular y uno de sus primeros resultados importantes fue la resolución de la estructura tridimensional del ADN, gracias a los métodos de difracción de los rayos X.

Actualmente, asistimos a la transferencia de los conocimientos adquiridos en el ámbito de las nanociencias hacia sus aplicaciones técnicas. Las microtecnologías y las nanotecnologías han dado un vuelco a las tecnologías de la información y la comunicación. La experiencia diaria nos muestra que la potencia de nuestros ordenadores personales duplica la que tenían hace más o menos dos años. Si se mantiene este ritmo de crecimiento, dentro de pocos años todos dispondremos de un ordenador portátil con una potencia de cálculo y almacenaje superior a la que existía en todo el planeta en 1950. Estos progresos son posibles gracias a la extrema miniaturización de los dispositivos electrónicos que conlleva que cada vez se reduzca más el tamaño de los transistores que los componen. En 1950, un transistor tenía unas medidas del orden de unos centímetros (10-2 metros): actualmente un transistor ocupa un espacio que se mide en decenas de nanómetros (10-8 metros), es decir, una diferencia del orden del millón. Las tecnologías modernas implican ser capaces de manipular la materia a un nivel de resolución que varía del micrómetro (millonésima de metro) al nanómetro.

Al operar a escalas idénticas, a veces según leyes comunes, es natural que las nanotecnologías se encuentren con las ciencias biológicas para formar lo que denominamos tecnologías convergentes. No vamos a intentar dar aquí una definición exhaustiva de lo que son (o no son[353]). Además, la lectura de numerosos informes y reseñas muestra que actualmente no existe una definición consensuada. Incluso algunos ven en ello un estigma característico de las disciplinas en vía de aparición o en plena transformación. Por ejemplo, la National Nanotechnology Initiative (NNI) define la nanotecnología como una disciplina que atañe a «todo aquello que pone en juego estructuras cuyo tamaño es inferior a los 100 nanómetros». Esta definición resulta demasiado restrictiva, ya que no tiene en cuenta los dispositivos que actualmente manipulan objetos, o fluidos, de tamaños micrométricos, o incluso dispositivos realmente macroscópicos, pero que contienen objetos o estructuras nanométricas.

Esquemáticamente, la fusión de las nanociencias con la biología puede tomar dos caminos diferentes que siguen estrategias opuestas. El método cuyo objetivo es reducir el tamaño de los objetos, pasando de la escala centimétrica o milimétrica a la escala nanométrica, conservando al mismo tiempo su función, representa el método top-down. A la inversa, el método bottom-up se basa en un cambio de escala en el sentido del aumento del tamaño a partir de objetos nanoscópicos (átomos o agrupaciones de átomos), para formar estructuras macroscópicas originales. Actualmente, el método top-down es el que domina la mayoría de las acciones que se llevan a cabo en nanobiotecnología debido a los progresos técnicos constantes. En cambio, el método bottom-up se aplica poco ya que depende de la aparición de nuevos conceptos teóricos capaces de predecir las propiedades emergentes al pasar a una escala superior y esto solo a partir de los conocimientos de las propiedades individuales de los componentes unitarios.

Ante el aumento de las necesidades terapéuticas que no dejan de crecer en las sociedades occidentales, empujadas por distintos factores, entre ellos, de forma particular, la evolución demográfica que va acompañada de un aumento regular de la esperanza de vida, la contribución de las nanotecnologías en el ámbito de la salud es vital. La demanda cada vez más apremiante de remedios nuevos se topa con grandes obstáculos, ya que nuestros recursos no son extensibles de forma indefinida. A este agotamiento de los recursos hay que añadir la penuria de ideas que padece actualmente la industria farmacéutica, que se traduce en el estancamiento de la innovación terapéutica. De ahí el interés por poder llevar a cabo nuevas pruebas in vitro basadas en la utilización de dispositivos dirigidos a la miniaturización de los compuestos, y, por lo tanto, analizar más rápidamente los efectos de medicamentos candidatos a nivel molecular.

Una de las aplicaciones que se ha desarrollado más rápidamente atañe a los progresos de la ingeniería de los tejidos. Esta tecnología se basa en tres etapas importantes: 1) el injerto de células autólogas (alogénicas o xenogénicas) tras una etapa de amplificación in vitro; 2) el implante de tejidos reconstruidos in vitro a partir de las células y andamios moleculares (como los hidrogeles de polímeros); 3) la regeneración de tejidos in situ con ayuda de biomateriales/nanofibras inteligentes. Decenas de millones de personas en todo el mundo, de los cuales cincuenta millones en Europa, se benefician ya de las técnicas de ingeniería de los tejidos para sustituir, restablecer o mejorar un órgano defectuoso. Estos tejidos artificiales comprenden desde el agregado de capa unicelular hasta tejidos complejos capaces de sustituir un órgano. Gracias a las nanotecnologías y a las técnicas de microfabricación tomadas de la industria de los semiconductores, es posible colocar células con una precisión inigualada hasta el momento y controlar su comportamiento. De este modo, combinando los esfuerzos de investigación en nanotecnología, biología de las células madre e ingeniería tisular, se han podido injertar sustitutos de la piel y del cartílago en miles de personas.

Actualmente, la ingeniería tisular intenta reproducir la estructura interna de un determinado tejido lo más fielmente posible, ya que la función de las células depende estrechamente de este microentorno. Con ayuda de las técnicas y materiales nuevos, los especialistas pretenden crear materiales híbridos que conjuguen materiales nanoestructurados (polímeros orgánicos o materiales minerales) y células vivas para sustituir tejidos en declive. El gran reto que el ingeniero debe afrontar consiste en realizar materiales biocompatibles que se fusionen íntimamente con los tejidos del entorno sin sufrir un rechazo. La reconstrucción de la córnea artificial a partir de proteínas humanas recombinantes de la matriz extracelular y de las células epiteliales, del estroma y endoteliales fruto de células madre adultas, aparece en el palmarés de los éxitos recientes de la ingeniería tisular[354]. Otros muchos ejemplos tomados de la reconstitución de la epidermis, de los vasos sanguíneos o de territorios nerviosos dañados muestran hasta qué punto los métodos desarrollados en el ámbito de las nanociencias y las nanotecnologías encuentran actualmente prolongaciones en las ciencias de lo vivo. Aunque todavía no todos los órganos son tratados directamente por la ingeniería tisular, lo cierto es que estos instrumentos nuevos permitirán, en un futuro próximo, diagnosticar mejor, curar mejor y, sin duda, suplir mejor las funciones vitales en declive. ¿Tenemos el Grial al alcance de la mano?

EL CEREBRO TRANSHUMANO

Este movimiento, implantado con fuerza en Estados Unidos y en los países nórdicos de Europa, no es una secta, sino una corriente de pensamiento que aspira a la mejora de la especie humana gracias al progreso de las tecnologías convergentes, representadas por las nanotecnologías, las biotecnologías, las tecnologías de la información y las del cerebro (NBIC). Por este motivo, este último ocupa un lugar central en el proyecto transhumanista, oficialmente apoyado por los organismos de investigación institucionales. El objetivo de los defensores del transhumanismo es la superación de la especie humana, considerada imperfecta, por una ciberhumanidad. Se trata de crear «humanos aumentados». El sueño de los transhumanistas es la inmortalidad para una criatura (un poshumano) creado en gran medida por el genio del hombre y provisto de capacidades físicas y sobre todo intelectuales que superen aquello que el hombre moderno es capaz de concebir. En estas condiciones, el hombre dejaría de ser una criatura para transformarse en su propio creador. La tecnología podría, pues, transformar radicalmente la humanidad. Podemos pensar en la posibilidad de que el ser humano pueda sufrir modificaciones, como rejuvenecer, aumentar su inteligencia por medios biológicos o artificiales, adquirir la capacidad para modular sus propios estados psicológicos y abolir el sufrimiento. Estos proyectos están en línea con lo que acabamos de describir en el cerebro[355]. Para los transhumanistas, la convergencia de las cuatro tecnologías, NBIC, debería mejorar el rendimiento humano a nivel físico e intelectual, pero también permitir una comunicación entre individuos de otro tipo, a través de la interconexión de los cerebros para crear una «conciencia colectiva» verdadera.

EPÍLOGO

… los hombres ocupando un lugar sumamente grande (aunque para ello hubieran de parecer seres monstruosos) comparado con el muy restringido que se les asigna en el espacio, un lugar, por el contrario, prolongado sin límite en el Tiempo, puesto que, como gigantes sumergidos en los años, lindan simultáneamente con épocas tan distantes, entre las cuales vinieron a situarse tantos días.

MARCEL PROUST, El tiempo recobrado

Sentirse a gusto en su cabeza, un ideal de vida propuesto al hombre por su cerebro, el órgano que marca el compás de nuestras acciones y pensamientos siguiendo los ritmos impuestos por el cuerpo en respuesta a los estímulos del mundo, fuente inagotable de nuestros sentimientos. La felicidad verdadera debe de ser mesura para escapar al hybris, es decir a la desmesura que conduce a todos los excesos en los que se pierde el alma. Un cerebro a medida es un cerebro a la medida del hombre. Se reparte entre todos los individuos que componen el espacio y es, al mismo tiempo, el bien propio de cada uno de ellos: el único y su propiedad, por lo tanto singular, pero también social en extremo ya que no puede existir sin la presencia de los demás, sus semejantes (el prójimo).

Las neurociencias aportan su lote incesante de datos que dan testimonio del carácter móvil y proteiforme de nuestro cerebro, órgano dinámico en equilibrio inestable. Lejos de ser inmutable, la materia del cerebro es un tejido moldeable que dispone de una capacidad fenomenal de adaptación. Bajo la acción de un aprendizaje, se producen permanentemente células nerviosas nuevas, se establecen o se refuerzan conexiones nuevas, al tiempo que otras se eliminan. Esta aptitud que posee el cerebro de reconfigurarse le permite permanecer vivo, reactivo y dispuesto a dilucidar los problemas. Precisamente, esta plasticidad es la que permite a la humanidad escapar al determinismo biológico que la relegaría a la esclavitud del pensamiento único y la que le ofrece la libertad de creación e imaginación que distingue al Homo sapiens de sus primos más o menos lejanos. Gracias a esta máquina extraordinaria, cuyos misterios empezamos a comprender, el ser humano es el único animal que puede escapar de la dictadura de los genes y las hormonas.

El análisis del genoma humano muestra que este no es mucho más complicado que el del ratón o el de la mosca. Sin embargo, hemos conseguido funciones mentales únicas en el filo de los vertebrados que nos permiten expresar empatía hacia el prójimo. Estas facultades se las debemos en parte a la adquisición del córtex prefrontal de seis capas y a la libertad que nos ofrece, pues está regido por reglas de incertidumbre propias del ser humano. Sin embargo, esta búsqueda de libertad que empezó muy pronto, puesto que la encontramos ya en el pececito, nos invita a ser humildes ante la vida.

Este libro quiere ser un homenaje no solo al cerebro, sino también al mecanismo de la individuación, que realmente nunca se agota mientras dura nuestra existencia demasiado breve.

ANEXO I. EL «NEUROFEEDBACK»: LA NUEVA MUSCULACIÓN CEREBRAL

El objetivo perseguido por las aplicaciones del neurofeedback a la clínica humana es sencillo. Se trata de devolver al paciente el control de su actividad mental, incluidas ciertas funciones denominadas inconscientes, para prevenir o tratar trastornos psiquiátricos y neurológicos[356]. El neurofeedback empezó en 1875 con el descubrimiento de manifestaciones eléctricas observadas en la superficie de la caja craneal. Quien llevó a cabo dicha observación fue el inglés Richard Caton (18 421 926), que estudiaba la génesis de los procesos mentales en los animales. Mediante un galvanómetro capaz de detectar impulsos eléctricos en la superficie del cráneo, midió las fluctuaciones del potencial eléctrico entre distintas regiones cerebrales durante una estimulación sensorial[357]. A su muerte, el alemán Hans Berger (1873-1941) decidió proseguir esta investigación, aplicándola al caso humano. En 1920, por vez primera, Berger presentó un electroencefalograma (EEG) humano que traducía la actividad rítmica cerebral, dividido en bandas de frecuencia muy precisas (la frecuencia es el número de crestas de una ondulación medido durante un segundo; así pues 1 hercio equivale a una ondulación por segundo). Por ello, Berger fue el pionero que identificó el ritmo alfa (banda de frecuencia de 8 a 12 hercios)[358] entre las ondas eléctricas complejas de nuestro cerebro. Dotado de una gran intuición, postuló la existencia de una relación estrecha entre las funciones mentales y las variaciones de la señal eléctrica rítmica que detectaba en la superficie del cuero cabelludo. Para el investigador alemán, la presencia de anomalías de señales emitidas en determinadas bandas de frecuencia[359] podía permitir caracterizar trastornos psicológicos y neurológicos.

En 1968, Joseph Kamiya, profesor de la Universidad de Chicago, hizo famosa la utilización del neurofeedback al publicar sus trabajos sobre la génesis de los ritmos alfa. En el transcurso de uno de estos estudios, que se hizo célebre, se pedía a los sujetos que permanecieran con los ojos cerrados para así concentrarse en la aparición de sonidos. Progresivamente, estas mismas personas aprendieron a reconocer, en ellas mismas, la aparición de ondas alfa durante la estimulación sonora. La segunda etapa del estudio mostró que cuando el sujeto ya había adquirido dicho aprendizaje podía reproducir, a voluntad, las mismas ondas alfa en ausencia de cualquier tipo de estimulación sonora. Sin duda, estos resultados contribuyeron a la popularización de la tecnología del neurofeedback en Estados Unidos durante la década de 1970.

No solo podríamos recurrir a los productos farmacéuticos para manipular la química cerebral, sino que también podríamos utilizar varios procesos tecnológicos para modificar sus propiedades físicas. De este modo, simplemente al escuchar paletas sonoras concebidas para ello, o con ayuda de aparatos que emiten señales luminosas con una frecuencia muy precisa, podríamos elegir el régimen de ondas que dominan nuestros ritmos cerebrales, o incluso sincronizar las actividades eléctricas de nuestros dos hemisferios.

Algunos años después, los experimentos llevados a cabo por Kamiya, Barry Sterman y sus colegas de la Universidad de Los Ángeles, mostraron que el poder del aprendizaje sobre la génesis de nuestros ritmos cerebrales sobrepasaba la simple regulación de las ondas alfa. Este equipo mostró que también podemos controlar la aparición de ritmos cerebrales de tipo beta[360]. En concreto, los investigadores de Los Ángeles descubrieron que los regímenes alfa estaban constituidos por ondas regulares de frecuencia comprendida entre 8 y 12 hercios y con una amplitud que varía entre 25 y 100 µV (la amplitud representa la potencia de los impulsos eléctricos producidos por el cerebro y, por lo tanto, la intensidad de las ondas cerebrales; se expresa en microvoltios). Identificaron la presencia de ondas alfa principalmente en las regiones occipitales y, más débilmente, en las regiones anteriores. En cambio, mostraron que el ritmo beta poseía una frecuencia comprendida entre 13 y 30 hercios y una amplitud más débil (entre 5 y 15 µV). Las ondas beta se encontraron sobre todo en las regiones fronto-rolándicas donde se sitúa el córtex sensorial y motor. Al abrir los ojos, los ritmos alfa se eliminan instantáneamente mientras que las ondas beta persisten. El equipo de Sterman ha demostrado que una parte de los regímenes beta (las ondas beta lentas comprendidas entre 13 y 16 hercios) estaban presentes en el córtex sensorial y motor del animal en estado de vigilia y durante determinadas fases del sueño. De forma inesperada, este equipo descubrió que monos o gatos entrenados para controlar la aparición de ritmos del córtex sensorial y motor (mediante un aprendizaje de tipo pavloviano) se habían vuelto mucho más resistentes a la aparición de crisis epilépticas. Así, de forma fortuita, se halló la primera aplicación del neurofeedback en materia de terapia neurológica. Estos resultados animaron a Sterman y su equipo a utilizar el neurofeedback para tratar a personas que sufrían crisis epilépticas frecuentes. La aventura acababa de empezar.

Ante los éxitos crecientes conseguidos por el equipo de Sterman, que de inmediato fueron reproducidos en otros laboratorios, los científicos se organizaron para crear una nueva sociedad científica; la International Society for Neurofeedback and Research. Su objetivo era compartir el corpus cada vez más voluminoso de datos recogidos por varios laboratorios que realizaban encefalogramas. A partir de entonces, la comparación de los trazados de EEG obtenidos en sujetos sanos o enfermos se hizo posible gracias a la constitución de una base de datos normativos. Este banco de datos fue alimentado desde muchos sitios. Esta mundialización de los resultados científicos favoreció la ampliación del neurofeedback a otras patologías neurológicas y psiquiátricas. De este modo, en las décadas siguientes, se utilizó para tratar no solo crisis epilépticas, sino también migrañas, dolores crónicos, insomnio y trastornos psicosomáticos, como las angustias, la depresión, los trastornos obsesivos compulsivos, la adicción a los estupefacientes y al alcohol o también el estrés postraumático.

Esta última patología, que provoca una gran invalidez[361], se caracteriza por tres síndromes: la repetición del acontecimiento traumatizante que la víctima revive permanentemente (en forma de flashback durante el día o de escenas traumáticas durante las pesadillas nocturnas); la evitación, ya que la víctima hace esfuerzos importantes para ahuyentar todos los pensamientos o situaciones asociadas al traumatismo y, finalmente, la hipervigilancia ansiosa, ya que el sujeto traumatizado sigue en estado de alerta permanente. En 1989, Eugene Peniston y Paul Kulkosky, del centro médico encargado de los veteranos en Fort Lyon, Colorado, aplicaron la técnica del neurofeedback a los veteranos de la guerra de Vietnam para tratar su estrés postraumático. Este intento se vio recompensado por el éxito; se consiguió atenuar de forma significativa el conjunto de los síntomas. Dos años después, estos mismos investigadores ampliaron su campo de acción al empezar a tratar a otros veteranos que sufrían alcoholismo severo. Al igual que en el caso del estrés postraumático, la adicción al alcohol se vio fuertemente reducida en los veteranos tratados con el neurofeedback[362]. Más recientemente, se ha utilizado el neurofeedback en el marco de terapias cuyo objetivo era reducir los trastornos del déficit de atención[363]. En este caso, el neurofeedback mejora significativamente los resultados de los test estandarizados de inteligencia y el conjunto del cuadro clínico de los sujetos afectados por trastornos del déficit de atención.

Cada año, aumenta el número de publicaciones científicas dedicadas a esta tecnología y a su aplicación clínica. En junio de 2011, se contaban ya más de seis mil publicaciones científicas que mencionaban el término neurofeedback. Las compañías de seguros empiezan a cubrir los gastos del neurofeedback terapéutico que supone el tratamiento de los trastornos psicológicos y psiquiátricos. Esta tecnología, iniciada en Estados Unidos, es cada vez más utilizada en otros países. A día de hoy, más de seis mil prácticos facultativos (médicos, neurólogos o psiquiatras) en todo el mundo recurren a equipos de neurofeedback.

Actualmente, las aplicaciones del neurofeedback parecen ser múltiples y sus modalidades de puesta en práctica, muy versátiles. En Francia, la Asociación para la Difusión del Neurofeedback[364] contribuye a la difusión de esta tecnología. Por su aspecto lúdico, el neurofeedback está incluso en vías de imponerse en nuestros hogares. Los primeros videojuegos directamente controlados por las ondas cerebrales del jugador ya se encuentran disponibles en el mercado (por ejemplo WildDivine®, emWave PC®, StressEraser®, ThoughtStream® o Mindball®).[365] Este sector industrial está en pleno auge. Además, varias compañías no se equivocan sobre ello. Microsoft con su Xbox® o Sony con su Playstation®, convencidas del éxito comercial futuro, invierten masivamente en esta tecnología. Los jóvenes consumidores, probablemente menos miedosos que sus mayores, pueden ya divertirse con videojuegos capaces de influir en su actividad mental. La inclinación del consumidor hacia estos juegos resulta fácil ya que el objetivo perseguido por los fabricantes es ofrecer diversión a partir de dispositivos electrónicos colocados bajo la influencia del cerebro del jugador y no al revés.

El avance del neurofeedback parece, pues, imparable, se dispone a invadir nuestro entorno cotidiano, a introducirse en los aparatos electrónicos de nuestra vida diaria, en nuestros lectores MP3, en nuestro ordenador, nuestro teléfono móvil, etc. Debemos prepararnos para entrar en un mundo en el que la higiene mental se convertirá en norma, como la higiene bucodental a principios del siglo XX. Este futuro no está lejos, así que más vale que nos preparemos[366].

ANEXO II. EL NACIMIENTO DE LOS PRIMEROS NANOELEMENTOS

El primer objeto de tamaño nanométrico descubierto fue el fullereno. Esta materia orgánica pertenece a una familia muy amplia de elementos compuestos de carbono que pueden tomar la forma de una esfera, de un elipsoide, de un tubo (en este caso se denomina nanotubo) o de una anilla. Los fullerenos son similares al grafito, compuesto de placas de anillos.

Este elemento fue concebido en 1985 por un trío de investigadores compuesto por Harry Kroto, de la Universidad de Sussex en Gran Bretaña, Robert Curl y Richard Smalley, ambos de la Universidad de Rice en Texas. El descubrimiento del fullereno fue recompensado por la Academia Sueca que les otorgó el Premio Nobel de Química en 1996. Este elemento constituido por sesenta átomos de carbono fue bautizado en honor a Buckminster Fuller, el arquitecto alemán que construyó para la Exposición Universal de Montreal, en 1967, una cúpula geodésica constituida por hexágonos y pentágonos colocados de manera esférica.

Estos tres investigadores no esperaban descubrir ni mucho menos una forma molecular del carbono todavía inédita. En efecto, antes de este descubrimiento, todos los manuales de química orgánica indicaban la existencia de dos formas posibles de carbono, el grafito o el diamante. El primer fullereno descubierto está compuesto por doce pentágonos y veinte hexágonos cuyas esquinas corresponden a un átomo de carbono y cada lado a una unión covalente. Este icosaedro truncado es idéntico a la estructura de un balón de fútbol, de ahí que a veces nos encontremos con el término futboleno.

En 1991, Sumio Iijima descubrió que estos elementos pueden existir también en forma de nanotubos de carbono. Estos minúsculos tubos están dotados de propiedades extraordinarias, sobre todo mecánicas y eléctricas, útiles en particular para aplicaciones en neurología que requieren recurrir a materiales dotados de una gran conducción eléctrica[367]. La ciencia de los fullerenos ha estimulado, al menos en el ámbito del carbono, el desarrollo de las nanociencias que desempeñarán un papel importante en la electrónica del futuro y en los biomateriales. La aparición de estos instrumentos muestra el cambio de dirección que ha dado la química en el siglo XXI. Actualmente, la nanoquímica encuentra su legitimidad en la capacidad para sintetizar estructuras que presentan una complejidad y una arquitectura inédita. Este nuevo arsenal sintético permite obtener cualquier arquitectura química. De hecho, la química parece haber abandonado, al menos en parte, el ámbito de la simple exploración para convertirse en una ciencia de creación. Nuevos métodos de síntesis —algunos de los cuales se inspirarán en métodos en vigor aplicados a lo vivo (métodos biomiméticos) permitirán obtener estructuras inéditas uniendo entre sí átomos diversos, entre ellos algunos metales. Al parecer también pueden permitir la creación de estructuras que presenten capacidades de autoensamblaje y autoorganización que conduzcan a estructuras macromoleculares complejas. La posibilidad de dotar a un soldado con un exoesqueleto para aumentar sus capacidades de resistencia cuando se halle en el frente es uno de los múltiples ejemplos de aplicación de estas nuevas tecnologías fruto de la nanoquímica.

AGRADECIMIENTOS

Queremos saludar desde aquí a todas las personas que, de cerca o de lejos, han contribuido a la realización de esta obra. Sin un verdadero rigor de jerarquización, ni voluntad taxonómica, hemos dejado que sea nuestra memoria la que nos recuerde los rostros a los cuales asociamos el mayor de los afectos.

En primer lugar, nuestro agradecimiento va dirigido a todos los miembros de la unidad de Percepción y Memoria del Instituto Pasteur por su complicidad y su disposición para compartir todas las alegrías que proporciona la investigación.

Estamos muy agradecidos a Gilles Gheusi, Pierre-Jean Arduin y Dominique Martinez por haber aceptado releer, total o parcialmente, este libro. Sus comentarios, tanto sobre la forma como sobre el contenido, han contribuido sin duda a mejorar de forma significativa esta obra.

Expresamos toda nuestra gratitud a nuestros dos compadres Henri Korn y Jean-Pierre Changeux por sus intercambios continuos, tan ricos, y sus consejos siempre sabios.

Finalmente, estos agradecimientos no estarían completos si no hubiéramos tenido la suerte, tanto el uno como el otro, de contar a nuestro lado con Pascale, Isabel, Clément, así como con Daniel, Jean-Bernard, Dominique, Gérard y Christian, que nos han apoyado generosamente.

P.-M. L.

Ante todo, gracias a Pierre-Marie Lledo, por nuestro buen entendimiento, y a todo su equipo del Instituto Pasteur.

A Philippe Vernier, mi amigo fiel, que me acogió en el INAF, y que ahora me sucede con brillantez, y a su unidad de investigación (Desarrollo y plasticidad del sistema nervioso).

A Odile Jacob y Bernard Gotlieb, por su apoyo de siempre, y a Jean-Luc Fidel, sin el cual este libro no existiría.

A Hélène Hryn, por ayudarme a utilizar este artefacto que me aterroriza, el ordenador.

A mi amigo Jean-François Moueix, por su presencia discreta a mi lado recorriendo los caminos de la selva obscura.

A los caminantes de las colinas, el Jefe y el Coronel, sin los cuales la campiña de la región de Burdeos sería menos hermosa. A los señores del castillo de Gourgue, el Señor y la Dama Lysotte, por su amable señorío.

A los Verdiers finalmente, Mamie, Alain y Kéké, y a René Biandon, mi familia epigenética.

J.-D. V.

NOTAS

[1] Nicolás Steno nació en Copenhague, en el seno de una familia protestante, y murió en Schwerin, Alemania. Realizó estudios universitarios humanísticos y científicos y luego de medicina, primero en su ciudad natal y más tarde terminó de estudiar en la Universidad de Leiden. Poco después se convirtió al catolicismo y publicó varios tratados sobre anatomía comparada. A él se debe la diferenciación entre la materia blanca y gris del cerebro. Próximo a Spinoza (1632-1677), Steno considera que el conocimiento de las reglas que rigen las leyes naturales deriva del análisis de las teorías existentes, del enfoque experimental en el que la observación visual resulta crucial, y de las conclusiones sacadas de los datos experimentales recogidos de este modo. Fue beatificado por Juan Pablo II en 1988 por su búsqueda apasionada e incansable de las verdades científicas y teológicas. <<

[2] En el Discurso sobre la anatomía del cerebro publicado en 1669 en París, este hombre de ciencias danés recoge y sintetiza el corpus de los conocimientos de la época. Se trata de una obra de alcance científico y filosófico en la que Steno acusa a Willis y a Descartes de pervertir los datos relativos a la forma del cerebro en beneficio de sus especulaciones sobre el lugar del alma. <<

[3] Los lectores deseosos de conocer con más detalle los fundamentos de las neurociencias modernas pueden consultar el libro de Gordon M. Shepherd, Creating Modern Neuroscience: The Revolutionary 1950s, Oxford University Press, 2010, y el de Jean-Gaël Barbara, La Naissance du neurone. Constitution d’un objet scientifique du XXè siècle, Vrin, 2010. <<

[4] Nos referimos a la corriente actual de las neurociencias en la que prima la imaginería médica. Podría resumirse con la siguiente sentencia: como Santo Tomás, ¡solo creo en lo que veo! <<

[5] C. P. Zollikofer et al., Nature, 2005, 434, pp. 755-759. <<

[6] La primera etapa del origen del hombre moderno se resume en la invención de la bipedestación que se sitúa hace más de siete millones de años. Tuvo lugar cuando una especie simiesca fue capaz de desplazarse en posición vertical. Esta nueva postura privilegió la visión ya que la nariz se alejó de las fuentes olorosas. <<

[7] La segunda etapa en el origen de la familia humana comprende la multiplicación de las especies bípedas siguiendo un procedimiento que los antropólogos denominan expansión adaptativa. <<

[8] Este valle, que no tiene parangón con ningún otro lugar del mundo debido a la gran diversidad de seres humanos que lo poblaron durante varios milenios, adquirió renombre mundial cuando fueron descubiertos en él restos de homínidos. Esta región fue inscrita en el patrimonio mundial de la Unesco en 1996 por constituir un testimonio de etapas importantes en el desarrollo cultural del ser humano. <<

[9] La tercera revolución, presente en el origen de la emergencia del hombre moderno, tiene que ver con el aumento considerable del volumen cerebral que acompaña el nacimiento del género Homo erectus antes de convertirse en habilis y después en sapiens. La cuarta y última etapa tiene que ver con la adquisición del lenguaje articulado, con la emergencia de una conciencia de sí, de la imaginación artística y de aptitudes nuevas para innovar tecnológicamente. <<

[10] Y. Coppens, L’Histoire de l’homme, Odile Jacob, 2008 [trad. esp.: La historia del hombre: la gran aventura de la especie humana: huellas, fósiles y herramientas, Tusquets, Barcelona, 2009]. <<

[11] En el ámbito de la antropología y de la paleontología, la rareza de los descubrimientos, a veces única, contribuye a la fragilidad extrema de las tesis modernas. <<

[12] Desde el descubrimiento del gen Fox p2, responsable del lenguaje articulado, los antropólogos habían formulado la hipótesis de una hibridación posible entre las dos especies, ya que el Fox p2 llegó al genoma del sapiens a través del contacto con el neandertal. <<

[13] Por lo tanto, las dos especies no estaban totalmente aisladas desde un punto de vista reproductivo. Esta particularidad viola la definición misma del término especie. Al parecer el neandertal y el sapiens se «encontraron» en Oriente Próximo hace ochenta mil años aproximadamente, antes de la colonización de Europa que tuvo lugar hace treinta y cinco mil años. Este encuentro tuvo lugar en el momento de la salida de África, cuando el Homo erectus decide aventurarse hacia el antiguo mundo. Esta fecundación cruzada se traduce actualmente en una parte neandertal más fuerte en los europeos que en los papúes. Para más información, léase el artículo publicado por Svante Pääbo y su equipo (R. E. Green et al., Science, 2010, 328, pp. 710-722). <<

[14] D. Reich et al., «Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia», Nature, 2010, 468, pp. 1053-1060. <<

[15] Por el contrario, el volumen del cerebro de los macacos representa ya en el momento del nacimiento el 75 % del volumen del cerebro de los adultos. <<

[16] Según Kant, «el hombre nace dos veces. La primera, el día en que nace a la vida; la segunda, el día en que nace a la cultura». <<

[17] La altricialidad primaria se refiere al hecho de que el ser humano nace sin ser de inmediato competente. <<

[18] Esta época geológica empieza hace doscientos cinco millones de años y termina hace ciento treinta y siete millones de años. Se caracteriza por el apogeo de los dinosaurios herbívoros y la aparición del Archaeopteryx, el primer pájaro conocido. <<

[19] Paradójicamente, el concepto moderno de plasticidad cerebral, que actualmente es central en neurobiología, emergió hace ya más de un siglo. Fue Santiago Ramón y Cajal (premio Nobel en 1906), fundador de las neurociencias modernas con su teoría neuronal en 1888, quien propuso en su Histología del sistema nervioso del hombre y de los vertebrados (1911) una explicación de los fenómenos de aprendizaje tardío en el adulto, a través de la modificación de los contactos entre neuronas. <<

[20] El enfoque moderno de los problemas del hándicap replantea la noción de periodo crítico o, como mínimo, relativiza su carácter infranqueable. <<

[21] En biología del desarrollo, la neotenia se refiere a la posibilidad de que los adultos de una misma especie conserven rasgos juveniles, o bien la posibilidad de que un organismo, que todavía está en el estadio larvario, alcance la madurez sexual. El primer caso está ilustrado por el cerebro humano que presenta un desarrollo muy lento de su forma final. Esta disposición implica como contrapartida la vulnerabilidad extrema de las crías humanas, que supone una dependencia de los adultos a largo plazo, donde la socialización constituye una etapa indispensable, larga y costosa en términos de energía, para la formación de individuos viables y autónomos. <<

[22] El término plasticidad se refiere aquí a una propiedad que permite cambiar la forma, o la función, de una célula, de un circuito o de un órgano. <<

[23] Donald Hebb (1904-1985) fue un psicólogo canadiense que teorizó sobre las reglas de aprendizaje. Sus trabajos realizados a partir de las redes neuronales formales han sido decisivos para la emergencia de las ciencias cognitivas y de la inteligencia artificial. En su obra, ahora famosa, Organización de la conducta publicada en 1949, propone una regla sencilla que permite modificar el valor de la eficacia de los contactos entre células nerviosas, según el grado de actividad de las neuronas que dichos contactos enlazan. En ese momento se sientan las bases celulares del aprendizaje. Inspirarán incluso hasta hoy un gran número de trabajos experimentales y teóricos relativos a la neurología y la psiquiatría. <<

[24] Según el principio denominado plasticidad sináptica, los circuitos nerviosos son continuamente objeto de ajustes permanentes gracias a los cuales la eficacia de los contactos entre células nerviosas se ajusta según el grado de actividad global del circuito. Gracias a esta regla, es posible reclutar neuronas para que participen en la actividad global de una reunión síncrona de neuronas activas. <<

[25] Según un modelo teórico enunciado en primer lugar por J. P. Changeux y sus colegas: J.-P. Changeux, P. Courrège, P. y A. Danchin, «A theory of the epigenesis of neuronal networks by selective stabilization of synapses», Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1973, 70, pp. 2974-2978. <<

[26] El psicólogo suizo había propuesto una teoría general de la génesis de los conocimientos, centrada en las facultades de adaptación del recién nacido hasta el joven adulto. Esta génesis de los conocimientos se llevaría a cabo según tramos de desarrollo que, tras ser franqueados, constituirían etapas irreversibles. <<

[27] F. Chollet et al., The Lancet Neurology, 2011, 10, pp. 123-130. <<

[28] I. Slutsky et al., Neuron, 2010, 65, pp. 165-177. <<

[29] El magnesio está presente en el agua mineral y también se encuentra en muchos alimentos, esencialmente el chocolate, pero también los cereales integrales, las leguminosas (judías blancas, lentejas, judías verdes, etc.), los frutos secos y los frutos oleaginosos como, por ejemplo, el anacardo. <<

[30] Que puede ser informado. <<

[31] El lector que desee profundizar sobre esta cuestión puede consultar su último libro, Humanité 2.0. La bible du changement, Éditions M21, 2007. <<

[32] Se trata de un estadio del desarrollo embrionario producido por la segmentación de los huevos holobásticos, es decir de los huevos cuya segmentación concierne a la totalidad del citoplasma del huevo. El término mórula tiene su origen en la imaginación fértil de los científicos que con sus microscopios ven ese amasijo celular parecido a una mora. <<

[33] La teoría psicológica de la Gestalt se inscribe plenamente en esta corriente de pensamiento, inspirada en las ideas originales de Goethe. En los siglos XIX y XX, Christian von Ehrenfels y sus colegas desarrollaron una teoría según la cual una percepción compleja no es nunca la simple yuxtaposición de percepciones elementales. De acuerdo con este postulado, nunca percibimos «elementos» únicos sino siempre conjuntos, un todo, una forma, es decir, sistemas de relaciones entre las distintas entidades. <<

[34] Nuestra propuesta es proceder según un procedimiento científico tomado en préstamo a la anatomía comparada. Esta supone que la estructuración morfológica de los organismos responde a reglas muy precisas y que la forma de los órganos está estrechamente relacionada con sus funciones. Este postulado se basa esencialmente en el criterio de homología tal como lo había definido Owen en 1843, comparando estructuras con un mismo plan de organización, pero con una anatomía que difiere en relación con una función variable. Dicho en otras palabras, la homología es un parecido estructural tal como lo atestigua la comparación del esqueleto del brazo humano con el ala de un murciélago. Esta similitud constituye uno de los ejemplos más clásicos de la aplicación del criterio anatómico de la homología. Por el contrario, la analogía es una similitud de función fruto de la adaptación a través de vías convergentes a condiciones de vida parecidas. La comparación de la aleta caudal del pez con la del cetáceo ilustra perfectamente el caso de una similitud funcional, pero no estructural. <<

[35] Es importante subrayar que la noción de genes que participan en el desarrollo del embrión no solo enlaza la fisiología con el desarrollo, sino también el desarrollo con la evolución y la ecología. <<

[36] Término que significa «dentro» (en) y «cabeza» (kephalé) en griego. Se trata de la parte del sistema nervioso central contenida en la caja craneal. Esta parte, que es la más anterior, comprende tres estructuras: el cerebro, el cerebelo y el tronco cerebral que cubre a su vez la médula espinal. El encéfalo asegura el control de la mayor parte de las funciones del sistema nervioso. Para algunos investigadores, la principal presión de selección para la encefalización del hombre hay que buscarla en la necesidad de aumentar el tamaño de los grupos sociales y no tanto en otras exigencias cognitivas como la fabricación de herramientas o la aptitud para aprender (Cf. R. Dunbar, «Evolution of the social brain», Science, 2003, 302, pp. 1160-1161). <<

[37] Para profundizar en esta cuestión, invitamos al lector a que consulte las siguientes obras: Les Anatomies de la pensée. À quoi servent les calamars?, de Alain Prochiantz, 1998; La Drosophile aux yeux rouges. Gènes et développement, de Walter J. Gehrin, 1999; Machineesprit, de Alain Prochiantz, 2000, y Des chimères, des clones et des gènes, de Nicole Le Douarin, 2000, todas publicadas en la editorial Odile Jacob. <<

[38] Thomas Hunt Morgan (1866-1945) fue un pionero de la genética. Profesor de zoología experimental en la Universidad de Columbia en Nueva York (1904) y después profesor en el Instituto Tecnológico de Pasadena en California (1929), donde permaneció hasta el final de su carrera. Experto en zoología, estudió las variaciones fenotípicas de la mosca del vinagre, la famosa drosophila. Sus observaciones le permitieron descubrir el papel crucial de los cromosomas en la herencia. Su mayor contribución a la genética le valió el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1933. Entre otras cosas, le debemos actualmente la adopción por parte de los biólogos de la drosophila como modelo de estudio. <<

[39] Étienne Geoffroy Saint-Hilaire era un naturalista francés nacido en Étampes el 15 de abril de 1772 y fallecido en París el 19 de junio de 1844. En el curso de sus investigaciones, Geoffroy Saint-Hilaire se interesó sobre todo en la anatomía y, en particular, en el sistema óseo al que atribuía cierta preponderancia sobre el sistema nervioso. Llevó a cabo la fundación de la colección de animales exóticos del Museo de Historia Natural de París. <<

[40] «Parece que la naturaleza se ha encerrado dentro de unos límites y que solo ha formado a los seres vivos en su totalidad siguiendo un plan único, esencialmente el mismo en su principio, pero con miles de variaciones en todas sus partes accesorias» (Étienne Geoffroy Saint-Hilaire, «Mémoire sur les rapports naturels des Makis Lémur», Magazine encyclopédique, 1, 289, 1796). La literatura sobre Étienne Geoffroy Saint-Hilaire es abundante y de calidad, pero aquí no podemos establecer una bibliografía exhaustiva. Para tener un enfoque cronológico de su obra, el lector puede consultar «Chronologie sommaire de la vie et des travaux d’Étienne Geoffroy Saint-Hilaire», de Jean-Louis Fischer, en Revue d’histoire des sciences, 1972, 25, pp. 293-300. <<

[41] La célebre controversia de 1830 se desencadenó entre Cuvier y Étienne Geoffroy Saint-Hilaire a partir de las conclusiones de una memoria presentada a la Academia de Ciencias. Étienne Geoffroy Saint-Hilaire intentaba fusionar la pareja vertebrados-insectos con la ramificación de los moluscos, al proclamar que en realidad existe un único sistema de composición orgánica (cf. Étienne Geoffroy Saint-Hilaire, Principes de philosophie zoologique, discutés en mars 1830 au sein de l’Académie royale des sciences, Pichon et Didier, 1830 [trad. esp.: Principios de filosofía zoológica discutidos en marzo de 1830 en el seno de la Academia Real de las Ciencias, Cactus, Buenos Aires, 2009]). Para un historial completo del concepto de plan de organización, invitamos al lector a referirse al documento redactado por H. Le Guyader: «Le concept de plan d’organisation: quelques aspects de son histoire», Revue d’histoire des sciences, 2000, 53, pp. 339-379. <<

[42] Los cefalocordados se sitúan en la frontera entre invertebrados y vertebrados. Constituyen desde entonces el modelo preferido para comprender el origen de los vertebrados. Philippe Vernier y su equipo han mostrado la constancia de los sistemas de neurotransmisión implicados en el deseo y los procesos afectivos (castigo-recompensa), sobre todo en las especies más antiguas de la ramificación de los vertebrados. <<

[43] El término de craniados, que se utiliza actualmente para designar a los vertebrados, da cuenta de la importancia de la «nueva cabeza» cuyo papel fundador en la aparición de la nueva ramificación fue subrayado por primera vez por C. Evans y R. G. North (Science, 1983, 220, pp. 268-274). <<

[44] Los trabajos de Nicole Le Douarin han contribuido a mostrar el importante papel desempeñado por la cresta neural, estructura embrionaria transitoria, en la construcción del sistema nervioso de los vertebrados y en la aparición de la cabeza. Para profundizar sobre la cresta neural, invitamos al lector a consultar las obras de Nicole Le Douarin, The Neural Crest, Cambridge University Press, 1982; Nicole Le Douarin y C. Kalcheim, The Neural Crest, Cambridge University Press, 1999 (2.ª edición); Nicole Le Douarin, Des chimères, des clones et des gènes, op. cit. <<

[45] Se las denomina pluripotentes. <<

[46] Vamos a dar alguna información complementaria sobre los genes de esta familia denominada Hox. La expresión de los genes Hox, implicada en la identidad celular a lo largo del eje anteroposterior de los vertebrados, como los genes homeóticos de los insectos, ha sido estudiada en los órganos embrionarios axiales de los vertebrados, es decir en el tubo neuronal o la columna vertebral. En los vertebrados, se cuentan cuatro complejos homólogos de genes Hox llevados por un cromosoma distinto. Estos genes son parálogos ya que derivan de una sucesión de dos duplicaciones que se apoyaban en el complejo único de un antepasado común que probablemente existió antes de la divergencia de los insectos y los vertebrados. Las acumulaciones de mutaciones y duplicaciones sucesivas en el curso de la evolución de un complejo homeótico, inicialmente único, han hecho que los invertebrados se desarrollen bajo la influencia de cuatro complejos Hox. <<

[47] A. Joliot, C. Pernelle, H. Deagostini-Bazin y A. Prochiantz, «Antennapedia homeobox peptide regulates neural morphogenesis», Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1991, 88, pp. 1864-1868. Para más detalles, recomendamos al lector las excelentes obras de Alain Prochiantz, Les Stratégies de l’embryon, PUF, 1987, y Géométries du vivant, Fayard, col. «Leçons inaugurales du Collège de France», 2008. <<

[48] Para conocer un poco mejor la familia de los genes Pax, se puede consultar la síntesis redactada por R. Wehr y P. Gruss, «Pax and vertebrate development», The International Journal of Developmental Biology, 1996, 40, pp. 369-377. <<

[49] Los genes que garantizan el posicionamiento celular durante la embriogénesis y la organogénesis se denominan genes selectores (cf. Les Anatomies de la pensée, de Alain Prochiantz, op. cit.). <<

[50] Grupo de organismos que comparten el mismo antepasado y que expresan determinados rasgos comunes. A partir de los trabajos del sueco Carl von Linneo (1707-1778), la jerarquía de los taxones del mundo animal es la siguiente: reino/filo/clase/orden/familia/género/especie. <<

[51] Este término, que procede del griego meta («después») y zoon («animal»), corresponde al nombre moderno del taxón constituido por los animales multicelulares, en oposición a los protozoarios, clasificación que agrupa los organismos unicelulares. <<

[52] El estadio filotípico es un periodo muy parecido en numerosos embriones, aun cuando los organismos concernidos al convertirse en adultos resulten ser muy diferentes. Este estadio está controlado por una misma familia de genes con homeoboxes. Quienes por vez primera plantearon esta idea fueron J. M. Slack, P. W. Holland y C. F. Graham, en un trabajo publicado en 1993 (Nature, 361, pp. 490-492). <<

[53] Serán de utilidad algunas definiciones para comprender la jerga a veces compleja de los embriólogos. El gen homeótico se caracteriza por una secuencia nucleotídica común a todos los genes homeóticos: el homeobox. El gen homeótico codifica para una proteína denominada homeoproteína. Esta proteína es un factor de transcripción codificado por un gen homeótico. Posee una secuencia de aminoácidos común a todas las homeoproteínas que se denomina homeodominio. El homeobox es una secuencia de 180 pares de bases nucleotídicas que codifica para el homeodominio. Este último corresponde a una secuencia de 60 aminoácidos cuya conformación tridimensional reconoce específicamente regiones reguladoras de determinados genes. Debemos señalar también que no todos los genes con homeobox son genes homeóticos (cf. Les Anatomies de la pensée, de A. Prochiantz, op. cit.). <<

[54] El efecto homeótico de una mutación siempre está polarizado. En el caso de la mutación Antennapedia, aparecen patas en lugar de antenas. Se da una transformación homeótica en sentido posterior anterior en el caso de pérdida de función de un gen Hox y, en sentido opuesto, es decir en sentido anterior posterior, cuando la mutación del gen produce una ganancia de función. Este efecto polarizado de las mutaciones de los genes Hox es una regla general aplicable a todos, desde los insectos hasta los vertebrados. <<

[55] Los genes homeóticos desempeñan un papel fundamental y universal en la edificación del embrión. Estos genes son los que indican con precisión la posición de cada célula según tres ejes posibles: anteroposterior, dorsoventral y derecho-izquierdo (también denominado lateromedial). Estos genes intervendrían en el mismo sitio, sea cual sea el organismo, para actuar como carácter topológico común a todos los metazoarios. Los procesos de desarrollo embrionario tan distintos en una mosca como en una rata, y más en general la diversidad del reino animal, dependen de la participación de genes similares (duplicados o mutados) pertenecientes a esta misma gran familia de genes. <<

[56] La característica del sistema nervioso de los artrópodos es que se presenta en forma ganglionar a nivel ventral. Todos los artrópodos poseen un par de ganglios cerebroides y otro par subesofágicos, pero ninguna parte anterior de este sistema nervioso está desarrollado. Al igual que una escalera de cuerda, los ganglios de cada par están soldados por una comisura y los pares consecutivos están unidos por nervios conectivos. Únicamente algunos artrópodos superiores poseen ganglios que tienden a fusionarse formando una o varias masas nerviosas grandes, pero estamos todavía muy lejos del bosquejo de la cabeza. <<

[57] Los primeros se califican como «hiponeuros» y los segundos como «epineuros». <<

[58] Esta familia de genes es herencia de un antepasado común de principios de la era primaria, es decir que se remonta al menos a quinientos cincuenta millones de años. <<

[59] E. B. Lewis, Nature, 1978, 276, pp. 565-570. <<

[60] El anfioxo se presenta como una especie de gusano inmóvil que vive escondido en los fondos marinos. Para alimentarse, filtra el plancton agitado por las olas. Su posición en la escala de los seres vivos es sorprendente ya que este pequeño animal parece que prácticamente no ha cambiado desde hace aproximadamente quinientos veinte millones de años. A pesar de que oficialmente es un invertebrado, este verdadero fósil viviente comparte rasgos comunes con los vertebrados como, por ejemplo, la existencia de un cordón nervioso hueco que va de arriba abajo, a lo largo de su espalda, como la médula espinal de los vertebrados. Del mismo modo, la notocorda del anfioxo, estructura cartilaginosa a la vez rígida y flexible que sostiene el cuerpo, se parece extrañamente a la columna vertebral de los vertebrados. Debido a su posición en el árbol de la vida, el anfioxo es la clave de la comprensión del origen de los vertebrados —el grupo de animales con esqueleto óseo que comprende los peces, los anfibios, los reptiles, los pájaros y los mamíferos—. Como si se tratara de un antepasado atrapado en el ámbar, el anfioxo pertenece al grupo muy restringido de criaturas, de gran valor para los científicos, que el propio Darwin denominaba fósiles vivientes, es decir, especies vivas actualmente pero extraordinariamente parecidas a sus antepasados fosilizados. <<

[61] El grupo de los cordados es uno de los filos importantes de los metazoarios. Se estima que alrededor de 51 000 especies vivas pertenecen a este amplio filo. Se considera que los cefalocordados son los parientes más próximos de los vertebrados en el seno de los cordados, lo que explica por qué el anfioxo es el modelo más utilizado para comprender las leyes que rigen la evolución del desarrollo, de ahí la terminología evo-devo utilizada a menudo por los especialistas. <<

[62] En 1995, el Premio Nobel de Fisiología y Medicina se concedió a los investigadores que descubrieron la existencia de mutaciones homeóticas. Se trata de Edward Lewis, Christiane Nüsslein-Volhard y Eric Wieschaus, justo un siglo y un año después de la formulación del concepto de homeosis enunciado por William Bateson (1861-1926). <<

[63] J. Deutsch y H. Le Guyader, Journal de la Société de Biologie, 2000, 194, pp. 71-79. <<

[64] Este conjunto comprende una treintena de filos entre los cuales están los artrópodos, los nematodos, los gusanos planos y los vertebrados. <<

[65] Existen ocho genes homeóticos en la drosophila de los cuales el antennapedia y el ultrabithorax son los más estudiados. En los vertebrados (reptiles, ratas y hombres), existen cuatro complejos homeóticos. Los genes más posteriores se han duplicado varias veces. En consecuencia, actualmente contamos treinta y ocho genes homeóticos en el hombre. Los genes con homeobox codifican para proteínas que presentan un homeodominio; son factores de transcripción de la familia de las hélice-bucle-hélices. Si los genes con homeobox conciernen a numerosos seres vivos (plantas, hongos, animales), los genes homeóticos de la familia Hox son específicos de los animales. <<

[66] D. Dubole y G. Morata, Trends in Genetic, 1994, 10, pp. 358-364. <<

[67] «He utilizado el término “monstruo prometedor” para expresar la idea de que las mutaciones (homeóticas) que provocan monstruosidades pueden haber desempeñado un papel de peso en la macroevolución. Una monstruosidad que aparece en una única etapa genética podría facilitar la ocupación de un nicho ecológico nuevo y, por lo tanto, producir un tipo nuevo en una sola etapa. Un gato que presenta una fusión congénita de las vértebras caudales o una rata o un ratón que presentan esa misma mutación, no son más que monstruos. Pero un mutante de arqueoptérix dotado de la misma monstruosidad fue un monstruo prometedor, ya que la disposición consecutiva en abanico de las plumas de la cola supuso un gran progreso en relación con la mecánica del vuelo» (R. B. Goldschmidt en The Materials Basis of Evolution, Yale University Press, 1940, pp. 390-391). <<

[68] Para una revisión de la obra de Richard Goldschmidt, el lector puede consultar el artículo redactado por Stéphane Schmitt y titulado «L’œuvre de Richard Goldschmidt: Une tentative de synthèse de la génétique, de la biologie du développement et de la méthode de l’évolution autour du concept d’homoéose», publicado en la Revue d’historie des sciences, 2000, 53, pp. 381-400. <<

[69] El único cefalocordado que sobrevive actualmente es el anfioxo. Está constituido por un conjunto repetitivo de segmentos en el que es posible distinguir un cuello, un tórax, un abdomen, una pelvis y una cola como en los vertebrados terrestres. <<

[70] La era primaria empezó hace 540 millones de años. Los peces son los primeros animales que poseyeron un esqueleto interno. Antes de su aparición, los animales estaban provistos de un esqueleto externo, es decir, poseían una concha. Los primeros animales terrestres aparecieron hacia aproximadamente unos 360 millones de años. <<

[71] J. Deutsch y H. Le Guyader, Journal de la Société de Biologie, 2000, 194, pp. 71-79. <<

[72] Las grandes innovaciones genéticas se basan en la duplicación de un gen y luego en la acumulación aleatoria de mutaciones. El conjunto de las mutaciones de un gen pueden inactivarlo (se trata de un pseudogen) o bien aportar nuevas funciones, benéficas o nefastas, al organismo. De hecho, el bricolaje de lo vivo no anticipa resultados esperados. <<

[73] Se puede consultar la obra histórica de René Thom titulada Stabilité structurelle et morphogenèse. Essai d’une théorie générale des modèles, InterÉditions, 1972 [trad. esp.: Estabilidad estructural y morfogénesis: ensayo de una teoría general de los modelos, Gedisa, Barcelona, 2009]. El pasaje siguiente extraído de su obra (p. 31) señala los aspectos fundamentales de su teoría: «El concepto de estabilidad estructural es, a mi juicio, una noción clave en la interpretación de los fenómenos de cualquier disciplina (salvo quizá en física cuántica). […] Observemos tan solo que las formas subjetivamente identificables, las formas provistas de una denominación representadas en el lenguaje por un sustantivo, son necesariamente formas estructuralmente estables». <<

[74] De Ilya Prigogine, citaremos: «La física del equilibrio nos ha inspirado una imagen falsa de la materia. Encontramos ahora el significado dinámico de lo que habíamos constatado a nivel del fenómeno lógico: la materia es ciega al equilibrio y, en las situaciones de no equilibrio, empieza a ver», fragmento de La fin des certitudes, Odile Jacob, 2001, p. 228 [trad. esp.: El fin de las certidumbres, Taurus, Madrid, 1997]. <<

[75] Este matemático brillante (1924-2010) publicó en 1973 un libro titulado Les Objets fractals: forme, hasard et dimension (Flammarion) [trad. esp.: Los objetos fractales: forma, azar y dimensión, Círculo de Lectores, Barcelona, 1997]; se puede consultar también del mismo autor The Fractal Geometry of Nature, J. Wiley, 1982 [trad. esp.: La geometría fractal de la naturaleza, Círculo de Lectores, Barcelona, 2009]. <<

[76] D. Ruelle y F. Takens, Communications in Mathematical Physics, 1971, 20, p. 167; 1971, 23, p. 343; S. Newhouse, D. Ruelle y F. Takens, Communications in Mathematical Physics, 1978, 64, p. 35. <<

[77] On Growth and Form fue publicado en 1917 por la Cambridge University Press. D’Arcy Thompson explora en dicha obra la arquitectura de lo vivo sometido a limitaciones físicas. Entre otras cosas, explica cómo el mundo vivo se ve sometido a fuerzas físicas a las que los biólogos no prestan atención, prefiriendo explicarlo todo con la ley «para todo» de la selección natural. D’Arcy Thompson, inspirándose en filósofos como Francis Bacon, rechazará abordar la ciencia natural como una disciplina en busca de explicaciones finalistas. <<

[78] «El zootipo neuronal es un conjunto particular de genes cuya función primordial, primaria y primitiva es determinar los trayectos neuronales que ponen en correspondencia armoniosa al sistema nervioso central y al plan del cuerpo», fragmento de J. Deutsch y H. Le Guyader, Journal de la Société de Biologie, 2000, 194, pp. 71-79. <<

[79] Cf. Des chimères, des clones et des gènes de Nicole Le Douarin, 2000, op. cit. <<

[80] En los metazoarios, diferenciamos los parazoarios, de los mesozoarios y de los eumetazoarios. Los parazoarios y los mesozoarios son organismos cuyas células se agrupan para formar conglomerados, amasijos. En los eumetazoarios, las células sufren una verdadera diferenciación celular. Estos organismos poseen láminas embrionarias capaces de dar después distintos tejidos y, por lo tanto, órganos. <<

[81] Para una lectura más profunda sobre el tema, invitamos al lector a consultar las obras de Alain Prochiantz. <<

[82] Debemos al embriólogo alemán Karl von Baer (1792-1876) la teoría de las tres láminas durante la formación del embrión. <<

[83] Para un análisis más exhaustivo sobre el desarrollo del embrión, véase el libro Des chimères, des clones et des gènes de Nicole Le Douarin, op. cit. <<

[84] En la naturaleza, existen tres estrategias diferentes para construir un embrión:

A la manera de Caenorhabditis elegans (Nematelminto). Este pequeño gusano transparente y redondo solo contiene un millar de células en total de las cuales 959 son células somáticas y precisamente 3023 neuronas y 95 células musculares. En este caso, la segmentación del huevo se denomina en mosaico. A partir de la primera división del huevo en dos células, una se posiciona en el polo anterior y la otra en el polo posterior. Si faltara una célula, entonces deja de aparecer toda la descendencia. A partir de la primera división, el destino de la célula está sellado.

A la manera de los insectos en los que el desarrollo se realiza bajo la forma de un sincitio, es decir que no se produce segmentación. Por el contrario, se forman dos ejes: un sistema bicoide nanos y un sistema dorsal.

A la manera de los vertebrados. El huevo se segmenta según reglas de complementación. Si algunas células (los blastómeros) faltan, las otras células restantes serán capaces de compensar el déficit. Esta propiedad enfatiza la ausencia de linaje celular predefinido; el destino de las células solo se fijará más tarde durante la gastrulación. <<

[85] El estadio que corresponde al máximo parecido entre los distintos miembros de un filo es el estadio filotípico que hemos descrito antes. <<

[86] Ernst Haeckel (1834-1919) era uno de los que sugería que «la serie de las formas por las cuales pasa el organismo individual a partir de la célula primordial hasta su pleno desarrollo no es más que una repetición en miniatura de la larga serie de transformaciones que sufrieron los antepasados de un mismo organismo, desde los tiempos más lejanos hasta nuestros días». <<

[87] Se trata de un enfoque pluridisciplinar reciente en el que los embriólogos trabajan codo con codo con biólogos moleculares, evolucionistas, paleontólogos, morfólogos, fisiólogos, zoólogos y bioinformáticos. Dos trabajos hablan en profundidad sobre esta disciplina: N. Shubin, Your Inner Fish. A Journey into the 3.5 Billion-Year History of the Human Body, 2008; Lane Allen y S. B. Carroll, Endless Forms Most Beautiful: The New Science of Evo Devo and the Making of the Animal Kingdom, 2005. <<

[88] El endodermo toma parte en el bosquejo del tracto intestinal, en el revestimiento de todo el tubo digestivo y del conducto de todas las glándulas exocrinas, y en el de las células primarias que son los espermatozoides y los óvulos. Por el contrario, el mesodermo da lugar al cartílago, a los huesos, a las células sanguíneas, a las células musculares y toma parte en la formación de órganos como el corazón, el hígado, los intestinos, los pulmones, el bazo, los riñones, el estómago y el peritoneo. <<

[89] En español en el original. (N. de la T.). <<

[90] Para más información sobre los trabajos de Spemann, véase el excelente libro de N. Le Douarin Des chimères, des clones et des gènes, op. cit. <<

[91] Para Hans Spemann, un organizador es una región del embrión capaz de inducir la formación de tejidos nuevos y de combinarlos en el espacio (cf. C. Waddington, Organisers and Genes, Cambridge University Press, 1940). <<

[92] De nuevo remitimos al lector deseoso de profundizar algo más sobre la epopeya del descubrimiento de la inducción neural y sus consecuencias sobre el pensamiento que en esa época dominaba la embriología animal al libro Des chimères, des clones et des gènes, publicado por Nicole Le Douarin, op. cit. <<

[93] Una sustancia que desempeña un papel crucial en la formación de un patrón y cuya concentración varía en el espacio y con el paso del tiempo se denomina morfógena. <<

[94] Este mismo sentido común es el que llevó a Jean-Baptiste Lamarck, el padre de la teoría del transformismo, a diferenciar en el reino animal a los vertebrados de los invertebrados. En su discurso de apertura del 21 floreal año VIII, enunció con toda claridad las bases de esta distinción: «Desde hace varios años, llamo la atención en mis clases en el Museum sobre la consideración de que la presencia o ausencia de una columna vertebral en el cuerpo de los animales divide el reino animal en dos categorías muy distintas entre sí, categorías que de algún modo podemos considerar como dos grandes familias del primer orden […]. Todos los animales conocidos pueden, por lo tanto, distinguirse de una forma significativa: 1) Los animales con vértebras y 2) los animales sin vértebras», en Système des animaux sans vertèbres, ou tableau général des classes, des ordres et des gènes de ces animaux de J.-B. Lamarck, Déterville, año IX-1801, pp. 6-7. <<

[95] El carácter esencial de los vertebrados es la superposición de cuatro órganos: un sistema nervioso, una corda (es decir un tubo nervioso dorsal), la aorta y un tubo digestivo. <<

[96] Este animal es el representante más famoso de los cefalocordados. El término anfioxo procede de amphis, que significa «dos» en griego, y de oxys, que significa «puntiagudo». Este antepasado de los vertebrados tiene ambos extremos del cuerpo puntiagudos; por lo tanto carece de cabeza, y de ahí el nombre de la teoría: la «nueva cabeza». <<

[97] Desde hace más de dos siglos, los biólogos discuten sobre el origen de los vertebrados. En concreto, el recorrido histórico de su clasificación está jalonado de disputas científicas. Empieza ya en 1758 con Carl von Linneo, que distingue cuatro clases: los peces, los anfibios (incluidos los reptiles, batracios y determinados peces), los pájaros y los mamíferos. En 1816, Henri Marie Ducrotay de Blainville sugiere que los reptiles sean considerados como pertenecientes a una quinta clase, muy distinta de los anfibios. Más tarde el paleontólogo sueco Erick Helge Anderson Stensiö propondrá en 1926 que se haga una distinción entre agnatos (sin mandíbula) y gnatostomados (con mandíbula). El subfilo de los agnatos agrupa entonces a vertebrados pisciformes sin mandíbula. La reclasificación de los peces lleva a separar los agnatos de los demás peces gnatostomados. Actualmente, el grupo de los peces constituye una superclase que se divide en dos clases: los peces condríctios (del griego chondros, «cartílago», e ichthyos, «pez») y los osteíctios (peces óseos), de manera que el filo de los vertebrados comporta siete clases repartidas en dos subfilos, la superclase de los peces ya solo comprende a los gnatostomados acuáticos con aletas. <<

[98] Todos los demás vertebrados pertenecen a la superclase de los gnatostomados, es decir, vertebrados con mandíbula. Los agnatos fueron muy abundantes en nuestro planeta, pero actualmente solo están representados por dos especies: la mixina y la lamprea. <<

[99] Este filo se caracteriza por la posesión de un eje esquelético rígido que se denomina notocorda. Los cordados comparten el mismo antepasado con los procordados, representados por los cefalópodos (como el anfioxo) y los urocordados (como la ascidia). Esta divergencia debió tener lugar hace más de setecientos cincuenta millones de años. <<

[100] Se trata de una estructura nerviosa del embrión de los vertebrados cuyo desarrollo desemboca en la formación de los hemisferios cerebrales. También se habla de cerebro anterior. <<

[101] Contrariamente a la teoría enunciada por Karl von Baer, según la cual el mesodermo produce el mesénquima y los huesos del esqueleto, sabemos actualmente que una parte del bosquejo ectodérmico interviene también en la formación del tejido esquelético. <<

[102] Se trata de una vesícula única, en el embrión, cuya subdivisión caudal producirá el diencéfalo, durante la formación del sistema nervioso central de los vertebrados. <<

[103] Contrariamente a las neuronas, las células gliales no son excitables. Sin embargo, los neurobiólogos descubren cada día nuevas propiedades que, a nivel funcional, muestran hasta qué punto las células gliales pueden parecerse a las neuronas. Las células gliales, diez veces más numerosas que las neuronas, son inseparables de estas, tanto por su origen embrionario común como por su disposición anatómica. Clásicamente se distinguen tres tipos de células gliales: los astrocitos, las microgliales y los oligodendrocitos. <<

[104] Se habla entonces de un gradiente rostrocaudal. <<

[105] Las moléculas implicadas en el control genético del desarrollo embrionario son genes que interactúan directamente con la molécula de ADN para regular la expresión de otros genes. Se dice de ellos que ejercen una función de selección y pertenecen a la extensa familia de los factores de transcripción. Por este motivo también se les denomina genes selectores. <<

[106] La invención del término epigenético se atribuye a Conrad Waddington (1905-1975) en 1942. Esta terminología se refería a «la rama de la biología que estudia las relaciones de causa y efecto entre los genes y sus productos, haciendo aparecer el fenotipo». Pero el origen del concepto se remonta a Aristóteles (384-322 a. C.), que definía así el desarrollo de una forma orgánica derivada de lo amorfo. En neurobiología, la epigénesis significa que si bien existe un programa fijado de antemano, su expresión es variable, ya que las interacciones del sujeto con el medio se inscriben con mucha fuerza en la fisiología de sus neuronas. <<

[107] La muerte celular programada, también llamada apoptosis o suicidio celular, desempeña un papel importante en el dibujo de los contornos de un órgano durante la morfogénesis, y luego, más tarde, en el funcionamiento de los tejidos del adulto. Por ejemplo, sin la acción de la muerte celular programada, la membrana interdigital no se rompería y el feto estaría dotado de manos y pies palmeados. <<

[108] Numerosas moléculas muy complejas, a menudo bajo forma polimérica, regulan la actividad funcional de la matriz extracelular. Esta está constituida por dos partes, la matriz intersticial y la membrana basal compuesta de una capa proteica densa. Los trabajos más recientes subrayan la importancia de las interacciones entre las células nerviosas y la matriz extracelular en el control de todos los procesos celulares relacionados con el desarrollo neuronal: proliferación, migración y diferenciación celular. Para más detalles, véase el libro de Michel Imbert, Traité du cerveau, Odile Jacob, 2006, p. 78. <<

[109] El lugar donde se produce el intercambio de información entre una neurona y su diana se denomina sinapsis. Existen dos tipos de sinapsis. Las sinapsis químicas en las que los neurotransmisores sirven de conexión para la transmisión nerviosa. Las sinapsis eléctricas que, por el contrario, permiten el pasaje directo de la transmisión nerviosa sin intermediación química. <<

[110] Para más información véase la reseña de Jean Deutsch y Hervé Le Guyader, «Le zootype neuronal», Journal de la Société de Biologie, 2000, 194, pp. 71-79. <<

[111] S. Sugiyama, A. A. Di Nardo, S. Aizawa, I. Matsuo, M. Volovitch, A. Prochiantz y T. Hensch, «Experience-dependent transfer of Otx2 homeoprotein into the visual cortex activates postnatal plasticity», Cell, 2008, 134, pp. 508-520; y S. Sugiyama, A. Prochiantz y T. Hensch, «From brain formation to plasticity: insights on Otx2 homeoprotein». Development Growth & Differentiation, 2009, 51, pp. 369-377. <<

[112] E. Téglás, V. Girotto, M. Gonzalez, J. B. Tenenbaum y L. L. Bonatti, «Pure reasoning in 12-month-old infants as probabilistic inference», Science, 2011, 332, pp. 1054-1059. <<

[113] Volveremos a tratar este aspecto en varias ocasiones. <<

[114] El alocórtex se forma precozmente entre la octava y la decimosegunda semana de gestación. Cuenta entre tres y seis capas celulares según la región de la que se trata: 1) el mesocórtex, que es un córtex de transición entre el neo y el arquicórtex, corresponde en el adulto al córtex parahipocámpico y al giro cingulado; 2) el arquicórtex es la parte olfativa del rinencéfalo. Corresponde en el adulto al giro dentado y al hipocampo (cuerno de Ammon). Gestiona los comportamientos más elementales que permiten garantizar la supervivencia de la especie; 3) el paleocórtex está también unido al sistema olfativo. Comprende en el adulto los bulbos y tubérculos olfativos, el córtex piriforme y entorrinal. El paleocórtex controla la motivación, la atención selectiva y las reacciones emotivas de un individuo. Participa en la selección de los comportamientos en función de un repertorio adquirido durante aprendizajes anteriores. <<

[115] El neocórtex se forma entre la decimosegunda y la vigesimoctava semana de gestación. Sea cual sea la región considerada, siempre cuenta con seis capas celulares. El tamaño del neocórtex varía de una especie a otra. Los peces y los anfibios no poseen neocórtex, en la musaraña representa solo un 20 % del peso total del cerebro y en el ser humano el 80 %. De hecho, durante la transición de los primates al ser humano es cuando más se desarrolló el neocórtex. Y de todas sus distintas regiones, el córtex prefrontal fue la que conoció la mayor expansión en el ser humano. <<

[116] J.-D. Vincent, Voyage extraordinaire au centre du cerveau, Odile Jacob, 2007 [trad. esp.: Viaje extraordinario al centro del cerebro, Anagrama, Barcelona, 2009]. <<

[117] Existe una corriente de pensamiento, el computacionalismo, según el cual toda actividad mental se resume en una serie lógica de operaciones ejecutadas muy rápidamente de forma consecutiva. Esta hipótesis fue defendida por primera vez en 1943 por Pitts y McCulloch (W. Pitts y W. S. McCulloch, «A logical calculus of the ideas immanent in nervous activity», Bulletin of Mathematical Biophysics, 1943, 5, p. 115-133), para los cuales el pensamiento podía resumirse en una serie de representaciones simbólicas que operaban como una máquina, un ordenador. <<

[118] El cerebro no solo ejerce una única función sobre la cual podría actuar la evolución. Es más bien una colección de sistemas, que los teóricos denominan módulos, que controlan determinadas funciones cerebrales. Observaremos que la evolución actúa por lo tanto sobre módulos de forma individual y no tanto sobre el conjunto del cerebro. Aun cuando la evolución haya permitido jugar a favor de un aumento global del tamaño del cerebro de los primates, por ejemplo, su influencia se deja sentir sobre todo en sistemas específicos. En el hombre, por ejemplo, esto se traduce en un área auditiva relativamente pequeña comparada con la del gato, mientras que el área visual se desarrollará de forma mucho más importante en el hombre que en el gato. <<

[119] Las células gliales ocupan el espacio dejado libre por las neuronas. Al no ser excitables, durante mucho tiempo se creyó que su función consistía en regular el pasaje de la transmisión nerviosa gracias a su efecto aislante. Desde hace varias décadas, asistimos a una verdadera renovación de su estatuto, al pasar de ser la simple funda aislante a convertirse en el compañero esencial para el funcionamiento óptimo de las neuronas. A la célula glial —que se creía desempeñaba un papel de simple apoyo— se le atribuyen ahora funciones tan diversas como la regulación del sistema vascular cerebral, una participación activa a la transmisión nerviosa entre neuronas, o como garantizar las funciones de célula madre neuronal, en el adulto. A menudo se cuenta una relación de diez células gliales por cada neurona. Sin embargo, desde hace algunos años, el número total de células gliales en el cerebro se ha revisado. Por ejemplo, Azevedo y sus colegas consideran que existen aproximadamente 86 000 millones de neuronas por 85 000 millones de células gliales en el cerebro humano adulto (F. A. Azevedo et al., «Equal numbers of neuronal and nonneuronal cells make the human brain an isometrically scaled-up primate brain», Journal of Comparative Neurology, 2009, 513, pp. 532 541). Esta ratio varía dependiendo de las estructuras cerebrales observadas. Es más importante para las regiones subcorticales, pero nunca sobrepasa el dos por uno a favor de las células gliales en el córtex. En el conjunto del encéfalo, la ratio tiende hacia uno, un valor no muy distinto del de los otros mamíferos o primates. <<

[120] El punto de contacto entre dos neuronas se denomina sinapsis. Existen sinapsis que utilizan señales químicas, otras que transmiten señales eléctricas. En una sinapsis química entre dos neuronas, la neurona de la que procede la transmisión nerviosa se denomina presináptica. La neurona en la que se fijarán los mensajeros químicos, o neurotransmisores, recibe el epíteto de postsináptica. <<

[121] La epigénesis (etimológicamente «más allá de los genes») se refiere al conjunto de las influencias ejercidas por el entorno celular, o fisiológico, sobre la expresión de los genes de una célula. En el contexto de las neurociencias, este término se aplica también a los efectos de la actividad nerviosa sobre la forma y/o las funciones de los circuitos y de las neuronas. <<

[122] En los vertebrados, la cefalización aumenta desde los grupos más antiguos (por ejemplo el pez) hasta los grupos más recientes (mamíferos). En cambio, entre los invertebrados, este proceso no responde a las mismas leyes filogenéticas. En el caso de la transición de los invertebrados a los vertebrados, las fuerzas evolutivas de la cefalización serán sobre todo la forma general del cuerpo, la diversidad de los órganos sensoriales, el modo de vida y la variedad de los comportamientos. <<

[123] Conjunto de genes transportados por los cromosomas de una determinada célula. <<

[124] Conjunto de los rasgos de un individuo o de un órgano, procedentes de la expresión de sus genes y de sus interacciones con el entorno. <<

[125] Tal como indica Alain Prochiantz, «el concepto de individuo no es idéntico según las especies. No es el mismo en un gusano que no se diferencia en nada, o casi, de su vecino o en un vertebrado en el que la estructura del sistema nervioso lleva la huella material de la historia individual» (Les Anatomies de la pensée, op. cit., p. 76). <<

[126] Se trata del pedúnculo hipofisiario. <<

[127] Este movimiento de la cabeza hacia atrás permitirá la emergencia de la postura erguida (el bipedismo). Accidentalmente, facilitará el descenso de la laringe (que en los grandes monos permanece en una posición alta) para permitir la vocalización. <<

[128] Será inevitablemente rígida dos años después del nacimiento. <<

[129] Este grueso haz de fibras nerviosas agrupan en torno a doscientos millones de axones. <<

[130] En la década de 1950, el equipo de Roger Sperry, en California, mostró que la sección del cuerpo calloso (split-brain) curiosamente no tenía ninguna incidencia en el comportamiento de los pacientes. Estas personas habían sufrido una sección completa del cuerpo calloso para impedir la propagación de crisis epilépticas de un hemisferio a otro. En cambio, estas personas con el «cerebro dividido» reaccionaban como si poseyeran dos conciencias autónomas. Cuando dividimos el cerebro, al parecer también se divide la conciencia. <<

[131] El lóbulo frontal está limitado por detrás por el surco central o cisura de Rolando, por debajo por el surco lateral o cisura de Silvio y en la cara interna del hemisferio por el surco del cíngulo. El lóbulo parietal se extiende sobre la parte superior y mediana de la cara externa del hemisferio. Está limitado por delante por el surco central, por debajo por el surco lateral, detrás por el surco posterior occipital. El lóbulo occipital ocupa el polo más avanzado del hemisferio; el lóbulo insular está situado en el fondo del surco lateral: es necesario apartar los labios para verlo. El cíngulo, finalmente, rodea la inserción del cuerpo calloso en la cara interna del hemisferio; alcanza por detrás el giro parahipocámpico del lóbulo temporal para formar la circunvolución límbica. <<

[132] A finales del siglo XVIII, estaba de moda la búsqueda de las localizaciones precisas de las grandes funciones mentales con Vincenzo Malacarne (1744-1816) y luego con Franz Joseph Gall (1758-1828), este último fue el fundador de una teoría (la frenología) según la cual a cada función mental le correspondía un área del cerebro. Un poco más tarde, sin comulgar con los principios de la frenología, Paul Broca (1824-1880) y luego Carl Wernicke (1848-1905) establecieron correspondencias precisas entre área cerebral y función mental, a partir de la observación de casos clínicos. A principios del siglo XX, Korbinian Brodmann (1868-1918) describió cincuenta y dos áreas basándose en su organización celular. Este localizacionismo suscitó críticas severas por parte de los adeptos de la teoría de los «reflejos condicionados» enunciada por Iván Pávlov (1849-1936) y defendida después de forma vehemente por los conductistas para los cuales el cerebro es una «caja negra» que conviene ignorar para, en cambio, centrarse en el estudio de los comportamientos. <<

[133] Según el teórico Jerry Fodor, el cerebro humano funciona a partir de pequeños programas especializados que Fodor define como módulos. Las columnas representan el sustrato anatómico capaz de garantizar un tratamiento autónomo y modular, distinto de una columna a otra (cf. Jerry A. Fodor, La Modularité de l’esprit, Minuit, 1983 [trad. esp.: La modularidad de la mente: un ensayo sobre la psicología de las facultades, Morata, Madrid, 1986]). En este contexto, citaremos también los trabajos pioneros de Hubel y Wiesel que descubrieron las columnas del córtex visual del gato (D. H. Hubel y T. N. Wiesel, «Receptive fields binocular interaction and functional architecture in the cat’s visual cortex», The Journal of Physiology, 1962, 160, pp. 106-154) y del mono (D. H. Hubel y T. N. Wiesel, «Functional architecture of macaque monkey visual cortex», Proceedings of the Royal Society of London, 1977, 198, pp. 1-59). Poco antes, V. Mountcastle había indicado la vía observando el córtex somatosensorial del gato (V. B. Mountcastle, «Modality and topographic properties of single neurons of cat’s somatic sensory cortex», Journal of Neurophysiology, 1957, 20, pp. 408-434). <<

[134] Para V. S. Ramachandran, de la Universidad de California en San Diego, la conciencia emergió en el momento en que un conjunto de estructuras nerviosas evolucionaron durante la hominización para enviar las «salidas» de las áreas sensoriales primarias hacia el tálamo que, tras tratarlas, puede reenviarlas hacia el córtex donde esta información dará lugar a una «metarrepresentación». En otras palabras, en lugar de producir representaciones sensoriales primarias, el cerebro humano se ofrece a sí mismo la posibilidad de crear «representaciones de representaciones», un dispositivo que podría ser el origen del pensamiento simbólico. Gracias a este truco de magia, y bajo esta forma bonificada, la información sensorial de la sensación se volvería mucho más fácilmente manipulable, sobre todo por el lenguaje. <<

[135] Algunos investigadores, como Rodolfo Llinás de la Universidad de Nueva York, consideran que esta convergencia de informaciones en el tálamo, así como la existencia de un bucle recíproco entre el tálamo y el córtex, ofrecen un apoyo biológico a la conciencia (cf. R. Llinás, I of the Vortex: From Neurons to Self, MIT Press, 2001 [trad. esp.: El cerebro y el mito del yo, Norma, Bogotá, 2003]). <<

[136] J.-D. Vincent, Biologie des passions, Odile Jacob, 1986 [trad. esp.: Biología de las pasiones, Anagrama, Barcelona, 1987]. <<

[137] Este término designa las reacciones fisiológicas coordinadas y, en gran parte, automatizadas que son indispensables para el mantenimiento de los estados internos estables de un organismo vivo. <<

[138] La autoestimulación puede observarse en muchos animales, incluidos el ratón, la rata, el mono, el pez rojo, el gato, la paloma, la marsopa, etc. <<

[139] Recordemos que el origen del término adicción procede del latín addictus, que significa «esclavo por deuda». <<

[140] J. A. Kauer y R. C. Malenka, «Synaptic plasticity and addiction», Nature Reviews Neuroscience, 2007, 8, pp. 844-858. <<

[141] Se trata de los comportamientos de aproximación y apropiación de los objetos. <<

[142] J.-D. Vincent, Biologie des passions, op. cit. <<

[143] R. L. Solomon y J. D. Corbit, «An opponent-process theory of motivation. I. Temporal dynamics of affect», Psychological Reviews, 1974, 8, pp. 119-145. <<

[144] F.-D. Vincent, La Chair et le Diable, Odile Jacob, 1996. <<

[145] Para más información sobre el aspecto evolutivo de la regeneración, el lector puede consultar la reseña de E. M. Tanaka y P. Ferretti publicada en Nature Reviews Neuroscience, 10, 2009, pp. 713-723. <<

[146] La metáfora antigua del árbol de la vida propone una organización de las especies animales y vegetales según una jerarquía en la que el antepasado común de dos especies próximas posee un estatuto inferior, debido al mayor perfeccionamiento o acabamiento de la descendencia. En la cima del árbol, se encuentra nuestra especie. En versiones más recientes, varias ramas corresponden a otras tantas descendencias, pero, aun así, nuestra especie sigue ocupando el extremo de una de ellas. Actualmente sabemos que la aparición de una nueva especie no siempre implica la desaparición del antepasado común. <<

[147] Alain Prochiantz, Les Anatomies de la pensée, op. cit. <<

[148] La dinámica de la embriogénesis desempeña un papel crucial en la expresión del fenotipo ya que la transcripción no está sincronizada entre todos los genes ni para todas las células. Es así como pueden aparecer mutantes sin que ello implique ninguna modificación de sus genes. El insecto nacerá con dos pares de alas (si se trata de una mariposa) en lugar de un único par (si se trata de una mosca) en función del instante en el que las células que participan en la construcción de las alas se diferencian. Para más información sobre los detalles de este fenómeno, denominado heterocronología cuando interviene en el desarrollo, véase la tesis de Florian Ferrand, La Flexibilité humaine, une nouvelle dimension dan l’évolution, defendida en junio de 2008 en la Universidad de Quebec, en Montreal. <<

[149] B. A. Reynolds y S. Weiss, Science, 1992, 255, p. 1707. <<

[150] J. Altman, Science, 1962, 135, p. 1127. <<

[151] P.-M. Lledo, P. Gaspar y A. Trembleau, «La curieuse partition des nouveaux neurones», La Recherche, 2003, 367, pp. 54-60. <<

[152] Thomas Kuhn es el autor del libro de éxito titulado La Structure des révolutions scientifiques, publicado en 1962 (Flammarion, col. «Champs», 1983) [trad. esp.: La estructura de las revoluciones científicas, Fondo de Cultura Económica de España, Madrid, 2005]. <<

[153] Utilizaremos también el término de neurogénesis secundaria para diferenciar la producción en el adulto de la que se ocupa de la construcción del sistema nervioso del embrión, denominada neurogénesis primaria. Esta última, perteneciente a la ontogénesis, comprende todo el periodo del desarrollo hasta la madurez sexual. <<

[154] A. Prochiantz, Machine-esprit, op. cit. <<

[155] Tal como señalamos en la introducción, no existen propiamente dichos periodos críticos durante los cuales el aprendizaje deba llevarse a cabo, sino más bien periodos sensibles en los que el aprendizaje será más eficaz. <<

[156] Es necesario distinguir dos fases cruciales en el desarrollo del cerebro del recién nacido con respecto a la experiencia. La primera fase es pasiva, atañe al periodo durante el cual el aprendizaje espera recibir una experiencia. Durante la segunda fase, el aprendizaje depende de la experiencia, el cerebro es activo y está atento. Como ejemplo podemos citar el aprendizaje de la gramática que corresponde a fenómenos que esperan recibir experiencia: para que el aprendizaje pueda tener lugar con facilidad, la experiencia debe haberse producido durante una ventana corta de tiempo (el periodo sensible). En cambio, el léxico de nuestra lengua puede enriquecerse en cualquier momento siguiendo un proceso que depende de la experiencia y carece de límite temporal. <<

[157] Se denomina neotenia a la aparición de la madurez sexual antes que el desarrollo somático haya alcanzado el estadio adulto, quedando bloqueada en el estado larvario. El ejemplo famoso del axolotl (Ambystoma mexicanum) considerado una especie en sí misma hasta que los investigadores se dieron cuenta de que se trataba de hecho de una larva de salamandra parda con manchas amarillas, al provocar la metamorfosis con un tratamiento hormonal. La neotenia se diferencia de la «pedomorfia», persistencia de caracteres infantiles o embrionarios en el adulto. <<

[158] En 1980, el biólogo y premio Nobel de Fisiología y Medicina François Jacob señalaba que «el ser humano está sin duda programado, pero programado para aprender», una forma de poner fin al dilema sempiterno entre lo innato y lo adquirido. Esta tendencia de querer encerrar al hombre en un determinismo biológico lo reduce al mismo tiempo a una servidumbre del pensamiento, cuando es precisamente la libertad de inventar e imaginar lo que diferencia al hombre de las demás especies. Gracias a su cerebro el hombre es el único capaz de escapar de las leyes dictadas por los genes y las hormonas. <<

[159] La plasticidad fenotípica se define como la aptitud de un genotipo de presentar modificaciones morfológicas, fisiológicas o de comportamiento en respuesta a los estímulos del entorno. <<

[160] Se trata de un campo de investigación que pertenece a una de las numerosas ramas de la inteligencia artificial. <<

[161] Esta comprende la glándula pineal y las estructuras cerebrales asociadas a ella. <<

[162] Para una lectura más en profundidad sobre las funciones ejercidas por el córtex prefrontal, se puede consultar el libro de Roland Jouvent, Le Cerveau magicien, Odile Jacob, 2009. <<

[163] P. Glansdorff e I. Prigogine, Thermodynamic Theory of Structure, Stability, and Fluctuations, Wiley-Interscience, 1971. <<

[164] J.-P. Changeux y A. Danchin, «Selective stabilization of developing synapses as a mechanism for the specification of neuronal networks», Nature (Londres), 1976, 264, pp. 705-712. <<

[165] D. Purves y J. W. Lichtman, Science, 1985, 228, pp. 298-302. <<

[166] El término información se utiliza aquí para designar el conjunto de mensajes que permiten al organismo informarse (de forma consciente o no) sobre el estado del mundo en el que se desenvuelve o sobre su medio interno. Esta terminología se ha alejado de la definición inicial propuesta por Claude Shannon en 1948, que consideraba la información como una magnitud susceptible de ser observada y medida. En los laboratorios de la compañía Bell, Shannon reflexionaba sobre cómo transmitir información entre dos sistemas de forma fiable, es decir, intentando minimizar la probabilidad de error. <<

[167] Sin embargo, el mito de una realidad alternativa es uno de los pilares de la cultura popular moderna. Citemos, por ejemplo, la película Matrix en la que los hombres viven sin saberlo en una realidad virtual creada por ordenadores superinteligentes. Esta película plantea la cuestión de saber cómo podemos estar seguros de no ser criaturas que pueblan un mundo artificial. Ya que es extremadamente difícil contestar a esta pregunta, la industria cinematográfica seguirá gozando de una situación privilegiada. <<

[168] Cf. Pour une nouvelle physiologie du goût, de Jean-Didier Vincent y Jean-Marie Amat, Odile Jacob, 2000 [trad. esp.: Una nueva filosofía del gusto, RBA, Barcelona, 2003]. <<

[169] Para más información sobre las propiedades extraordinarias de las células madre, aconsejamos al lector el libro Les Cellules souches porteuses d’immortalité que Nicole Le Douarin publicó en 2007 en la editorial Odile Jacob. <<

[170] Esta íntima relación entre olor y memoria procede, entre otras cosas, del camino particular que recorre el mensaje oloroso. Dicho mensaje no es transmitido por los núcleos del tálamo, esa estructura nerviosa en la que convergen todas las demás informaciones sensoriales antes de ser enviadas hacia las zonas especializadas del córtex cerebral. La información olorosa pasa directamente de las cavidades nasales a los circuitos difusos de la memoria y de la emoción, sin ninguna conexión ni representación en el córtex cerebral. Así pues, nuestro cerebro está organizado de tal forma que, al percibir un olor, despierta una impresión difusa, a la que el recuerdo da forma. <<

[171] El rinencéfalo está formado por una banda ancha de córtex situada en la cara interna de los hemisferios cerebrales. Se trata de un territorio muy antiguo del encéfalo, formado únicamente por dos capas de neuronas. El origen etimológico (del griego rhinos, que significa «nariz») nos recuerda que esta estructura mantiene con el olfato una relación especial. Sin embargo, el rinencéfalo también recibe sensaciones auditivas, táctiles y visuales, que gestiona en un contexto de memoria o afectividad. <<

[172] Aunque, desde un punto de vista conceptual, el descubrimiento de una neurogénesis adulta en el órgano sensorial no recibió objeciones de importancia, el del bulbo olfativo ha estado rodeado de disputas y otros debates tumultuosos. Hasta hace poco, se consideraba que el cerebro adulto era un órgano desprovisto de cualquier capacidad regeneradora y condenado a perder irremediablemente sus elementos más valiosos: las neuronas. Esta visión inmovilista del órgano cerebral recibió una fuerte sacudida con el descubrimiento de la producción de nuevas células nerviosas en el adulto (cf. P.-M. Lledo y G. Gheusi, La Recherche, julio de 2010). <<

[173] Las células gliales son las más numerosas del cerebro. Comprenden los astrocitos (que regulan el funcionamiento de las sinapsis), los oligodendrocitos (que forman la funda de mielina que envuelve los axones) y las células inmunitarias, las células microgliales. <<

[174] Las células madre del epitelio olfativo poseen las mismas características que las células inventariadas en el sistema nervioso central. Son indiferenciadas, capaces de autorrenovarse y son pluripontenciales, es decir, capaces de sustituir los distintos tipos celulares del epitelio olfativo (cf. Nicole Le Douarin, op. cit.). <<

[175] Más que el envejecimiento, sería la falta de actividad mental y física, junto con el aburrimiento, lo que resulta deletéreo para las habilidades intelectuales de los mayores. El estudio SHARE (Survey of Health, Ageing, and Retirement in Europe), realizado sobre 37 000 personas en 13 países europeos, confirma esta hipótesis (http://www.share-project.fr/). Se realizaron test de memoria y lenguaje en personas de entre 50 y 65 años. El veredicto de este estudio no admite recurso alguno: las pruebas cognitivas muestran un declive importante tras la jubilación. Países como Francia, Polonia, Austria, Bélgica e Italia, en los que es posible jubilarse joven, son los que tienen peor puntuación. Las mejores son para Suecia y Suiza, donde la jubilación es más tardía. Estos datos deberían tenerse en cuenta en el debate en Francia sobre la edad legal de jubilación. <<

[176] Quizá algún día dispondremos de nuevos medicamentos capaces de estimular a voluntad la fabricación de nuevas neuronas, con un objetivo determinado. <<

[177] G. Gheusi, H. Cremer, H. McLean, G. Chazal, J.-D. Vincent y P.-M. Lledo, «Importance of newly generated neurons in the adult olfactory bulb for odor discrimination», Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2000, 97, pp. 1823-1828. <<

[178] C. Rochefort, G. Gheusi, J.-D. Vincent y P.-M. Lledo, «Enriched odor exposure increases the number of newborn neurons in the adult olfactory bulb and improves odor memory», The Journal of Neuroscience, 2002, 22, pp. 2679-2689. <<

[179] T. Shingo, C. Gregg, E. Enwere, H. Fujikawa, R. Hassam, C. Geary, J. C. Cross y S. Weiss, «Pregnancy-stimulated neurogenesis in the adult female forebrain mediated by prolactin», Science, 2003, 299, pp. 117-120. <<

[180] Técnica que permite desactivar de forma temporal una región cerebral precisa. <<

[181] M. Botvinick y J. Cohen, Nature, 1998, 391, p. 756. <<

[182] Según varios estudios estadísticos, del 5 al 10 % de la población ha experimentado, al menos una vez en su vida, la ilusión de salida del cuerpo, independientemente de la cultura de procedencia. <<

[183] Para más información, consultar el libro de Steven Laureys y Giulio Tononi, The Neurology of Consciousness, Academic Press, 2008; Jean-Pierre Changeux, Du vrai, du beau, du bien. Une nouvelle approche neuronale, Odile Jacob, 2008 [trad. esp.: Sobre lo verdadero, lo bello y el bien: un nuevo enfoque neuronal, Katz Barpal Editores, Madrid, 2011], y la síntesis de Christophe Lopez y Olaf Blanke, «Quand l’esprit met le corps à distance», publicado en La Recherche, marzo de 2010, pp. 48-51. <<

[184] Sobre este tema citaremos los libros de Alain Berthoz: Le Sens du mouvement (1997), Leçons sur le corp, le cerveau et l’esprit (1999), La Décision (2003), Les Espaces de l’homme con Roland Rech (2005), publicados por la editorial Odile Jacob. <<

[185] El sistema vestibular es el principal sistema sensorial de percepción del movimiento y de orientación del cuerpo en relación con la verticalidad. En este órgano, situado en el oído interno, está el origen del sentido del equilibrio. <<

[186] El sistema somestésico trata sensaciones físicas (calor, dolor, presión, vibración, estiramiento, etc.) que proceden de distintas regiones del cuerpo. <<

[187] Por este motivo los pacientes que sufren una afección vestibular se consideran a veces especiales, ya que la descripción de sus síntomas resulta difícil de comprender. El vértigo y el desequilibrio que sienten deben ser comprendidos tanto como trastornos de la percepción del espacio con ilusión de movimiento o rotación, como de afección de la unidad espacial del cuerpo y de la psique. <<

[188] Prueba de esta apertura es la declaración del Dalái Lama a la revista científica Nature: «Si un día la ciencia descubriera algo contradictorio con la religión, entonces habría que revisar la religión». <<

[189] Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale: Instituto Nacional de la Salud y de la Investigación Médica. (N. de la T.). <<

[190] Estas cuestiones fundamentales han sido tratadas en una obra colectiva en la que participaron el Dalái Lama y un grupo de investigadores invitados durante una semana en la residencia india del Dalái Lama. J. W. Hayward (filosofía), R. B. Livingston y F. J. Varela (neurociencias), E. Rosch (psicología cognitiva) y N. Greenleaf (inteligencia artificial) contestaron a las preguntas del sabio oriental e intentaron, con él, tender puentes más allá de los postulados científicos y de los dogmas religiosos. El libro resultante de este encuentro, Passerelles, fue publicado bajo la dirección de J. W. Hayward y F. J. Varela en la editorial Albin Michel en 2000. <<

[191] Lutz A. et al., Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2004, 101, pp. 16 369-16 373. <<

[192] Recordemos que para definir la psique, Epicuro decía que se trataba del grito de la carne. Véase también M. Williams, J. Teasdale, Z. Segal y J. Kabat-Zinn, Méditer pour ne plus déprimer, Odile Jacob, 2009. <<

[193] B. K. Hölzel et al., Social Cognitive and Affective Neuroscience, 2008, 3, pp. 55-51. <<

[194] Las informaciones interoceptivas se transmiten en el encéfalo, donde se representan en el córtex somatosensorial y en el córtex motor primario. <<

[195] Merlin W. Donald, A Mind so Rare. The Evolution of Human Consciousness, W. W. Norton, 2001, p. 252: «El pensamiento simbólico y el lenguaje son de forma inherente un fenómeno de red. […] El origen del lenguaje [reside] en comunidades cognitivas, en la actividad interconectada y distribuida de muchos cerebros». <<

[196] Ibídem, pp. 210-211. Del mismo autor, se puede consultar también Origins of the Modern Mind. Three Stages in the Evolution of Human Cognition, Harvard University Press, 1991. Esta obra fue traducida al francés: Les Origines de l’esprit moderne. Trois étapes dans l’évolution de la culture et de la cognition, DeBoeck Université, 1999. <<

[197] Edgar Morin, Le Paradigme perdu. La nature humaine, Seuil, 1973, p. 63 [trad. esp.: El paradigma perdido: ensayo de bioantropología, Kairós, Barcelona, 2008]. <<

[198] Montaigne, Essais, I, XXVI. <<

[199] Georges Lantéri-Laura, Le Cerveau, Seghers, 1987. <<

[200] Por angelismo el autor se refiere a la creencia en un espíritu sin cuerpo. (N. de la T.). <<

[201] Era diestro, pero tras sufrir un ataque de apoplejía seguido de una hemiplejia, tuvo que escribir sus memorias con la mano izquierda. En contra del parecer del especialista consultado, precisó la localización; la autopsia le dio la razón. <<

[202] En 2011, las enfermedades mentales representan en Francia una décima parte de los gastos de salud (11 000 millones de euros), casi tanto como las enfermedades cardiovasculares (12 000 millones de euros) y ocupan el primer lugar del gasto hospitalario. A escala europea, los costes directos e indirectos de las patologías mentales son muy superiores a los del cáncer o la diabetes. <<

[203] Cf. por ejemplo los trabajos de R. Terry, R. DeTeresa y L. Hansen, «Neocortical cell counts in normal human adult aging», Annals of Neurology, 1987, 21, pp. 530-539. <<

[204] D. J. Tisserand et al., NeuroImage, 17, 2002, pp. 657-669. <<

[205] D. C. Park y N. Schwarz, Cognitive Aging: A Primer, Psychology Press, 1999. <<

[206] Según el Insee, la media de la esperanza de vida para los hombres en Francia es de 78 años y para las mujeres de 85 (informe de enero de 2011). <<

[207] Se trata casi siempre de un virus modificado para que no pueda replicarse una vez introducido en el huésped. <<

[208] La degeneración neurofibrilar corresponde a una acumulación de fibrillas formadas por filamentos que invaden la neurona. Estas fibrillas se forman mediante ensamblaje en las neuronas de la proteína microtubular, Tau, modificadas por residuos fosforilados. <<

[209] Se calcula que aproximadamente un 10 % de las personas que sufren la enfermedad de Alzheimer tiene relación con la forma hereditaria. <<

[210] Debido a la ausencia de un marcador biológico fiable de diagnóstico precoz de la enfermedad, cuando se plantea el diagnóstico putativo, ya han transcurrido varios años de alteraciones neurológicas que se han ido asentando. <<

[211] R. Kawashima et al., «Reading aloud and arithmetic calculation improve frontal function of people with dementia», Journals of Gerontology, Series A, Biological Sciences and Medical Sciences, 2005, 60, pp. 380-384. <<

[212] La psicosis maniaco-depresiva es un desorden mental caracterizado por accesos de excitación psíquica (manía en griego significa locura) que se alternan con fases profundas de depresión (melancolía). <<

[213] Recordemos aquí que la psiquiatría biológica nace en 1952 con el descubrimiento del primer neuroléptico (la clorpromazina: Largactil®). A partir de entonces las intervenciones con medicamentos podrán sustituir el escalpelo del neurocirujano dispuesto a practicar lobotomías. Este arsenal quimioterapéutico se enriqueció en 1957 con el primer antidepresivo (la iproniazida: Marsilid®) y más tarde, en 1960, con la primera benzodiazepina (clordiacepóxido: Librium®). Con el progreso de la neuroquímica aparecerán en la década de 1960 las primeras teorías monoaminérgicas de la depresión (insuficiencia de neurotransmisión en serotonina y/o en noradrenalina), y luego la teoría dopaminérgica de la esquizofrenia (hiperfuncionamiento dopaminérgico mesolímbico, hipofrontalidad). <<

[214] La versión final del DSM-V está prevista para 2013. <<

[215] El homúnculo fue descubierto por el neurocirujano Penfield (W. Penfield y E. Boldrey, «Somatic motor and sensory representation in the cerebral cortex of man as studied by electrical stimulation», Brain, 1937, 60, pp. 339-448), que, al estimular el cerebro de pacientes durante intervenciones quirúrgicas, fue el primero en describir la organización somatotópica del córtex sensitivo (W. Penfield, The Cerebral Cortex of the Man, MacMillan, 1950). El homúnculo posee cuatro características: i) la segmentación del cuerpo en territorios bien definidos, ii) relaciones de proximidad entre dichos territorios que no reflejan la realidad física del cuerpo (por ejemplo la mano se halla a continuación del rostro), iii) la importancia relativa de cada una de sus partes (en los seres humanos, la representación de los labios es desproporcionada en relación con el tórax), y iv) según la región en cuestión, los mapas son más o menos dinámicos. En los pianistas profesionales, por ejemplo, esta última propiedad se traduce en una representación cortical de los dedos mucho más importante que en el pianista principiante (M. Lotze et al., «The musician’s brain: functional imaging of amateurs and professionals during performance and imagery», NeuroImage, 2003, 20, pp. 1817-1829). <<

[216] La sensación denominada del miembro fantasma fue descrita por vez primera en el siglo XVI por Ambroise Paré, cirujano del rey Carlos IX. El primero en utilizar el término miembro fantasma fue el estadounidense Silas Weir Mitchell en 1871. Sin embargo, aunque el fenómeno del miembro fantasma se conoce en la literatura médica desde el siglo XIX, solo recientemente se ha resuelto el misterio. Los dolores fantasmas se producen cuando los nervios que inervan normalmente un miembro pierden su objetivo cortical. Vilayanur Ramachandran, neurólogo de la Universidad de California en San Diego, fue el primero en explicar de forma detallada este fenómeno. Se preguntó por qué una persona que acababa de perder accidentalmente una mano seguía sintiendo el miembro. Mostró que la presencia de un miembro fantasma era fruto de la interrupción irreversible de las entradas sensoriales que conducían la información desde la mano hacia el córtex. A modo de reacción, las zonas corticales próximas a los mapas de la mano (por ejemplo el brazo y el rostro) ocupan el espacio ahora vacante. Para demostrar su teoría, Ramachandran y sus colegas muestran que al acariciar las distintas partes del rostro el sujeto siente una sensación en el miembro desaparecido. Gracias a la magnetoencefalografía (MEG) que permite visualizar la actividad del cerebro, estos mismos investigadores verificaron que el córtex somato-sensorial del paciente había sido objeto de remodelaciones profundas. Recientemente, para tratar dolores relacionados con la aparición de miembros fantasmas, Ramachandran ha desarrollado un enfoque basado en la utilización de una caja con espejo. Gracias a este dispositivo que permite una retroacción visual artificial, el paciente es capaz de «desplazar» de nuevo el miembro fantasma y, por lo tanto, de reconfigurar el mapa sensorial que se había modificado. La aplicación de este método, repetido varias veces, conduce a los sujetos hacia una mejora a largo plazo, incluso en algunos se produce la remisión total del síndrome. <<

[217] Las sensaciones fantasmas aparecen en el 95-100 % de las personas que han sufrido una amputación. En cambio, los dolores fantasmas se observan con una frecuencia algo menor: en el 70 % de los casos durante las primeras semanas siguientes a la amputación, fruto de una operación o un accidente. <<

[218] En este caso se trata de dolor crónico. <<

[219] C. D. Vargas, A. Aballéa, E. C. Rodrigues, K. T. Reilly, C. Mercier, P. Petruzzo, J.-M. Dubernard y A. Sirigu, «Re-emergence of hand-muscle representations in human motor cortex after hand allograft», Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2009, 106, pp. 7197-7202. <<

[220] Se trata del mesencéfalo. <<

[221] Los glucocorticoides desempeñan un papel importantísimo en las reacciones de miedo, ansiedad y en los estados depresivos. A menudo ejercen sus efectos en la conducta al aumentar o disminuir la eficacia de determinadas vías neuronales. En el ser humano, es el cortisol, hormona secretada por las glándulas suprarrenales y cuya concentración aumenta con el estrés. <<

[222] En el departamento de psiquiatría del Centro Hospitalario Universitario de Vaud (CHUV) de Lausana se ha desarrollado un programa de remediación cognitiva para pacientes que presentan esquizofrenia o un trastorno asociado (RECOS). Dicho programa ha sido concebido para remediar los déficits cognitivos observados en la esquizofrenia y en los trastornos asociados que remiten a la psicosis, y los trastornos bipolares. <<

[223] Para un enfoque más exhaustivo de la remediación cognitiva, el lector puede consultar el análisis publicado por Vianin et al. en la Revue Médicale Suisse (P. Vianin, P. Marquet, P. J. Magistretti y P. Bovet, «Pertinence d’un programme de remédiation cognitive pour patients schizophrènes: l’hypothèse de la plasticité cérébrale», 2003, 555). <<

[224] W. D. Spaulding, S. K. Fleming, D. Reed, et al., «Cognitive functioning in schizophrenia: Implications for psychiatric rehabilitation», Schizophrenia Bulletin, 1999, 25, pp. 275-289. <<

[225] M. Merzenich, W. M. Jenkins, P. Johnston, C. Schreiner, S. L. Miller y P. Tallal, «Temporal processing deficits of languagelearning impaired children ameliorated by training», Science, 1996, 271, pp. 77-81. <<

[226] P. Tallal, S. L. Miller, G. Bedi, G. Byma, X. Wang, S. S. Nagarajan, C. Schreiner, W. N. Jenkins y M. M. Merzenich, «Language comprehension in language-learning impaired children improved with acoustically modified speech», Science, 1996, 271, pp. 81-84. <<

[227] M. Habib, «Rewiring the dyslexic brain», Trends in Cognitive Sciences, 2003, 7, pp. 330-333. <<

[228] A menos que no sea a la inversa. ¿Es posible que el hombre acabe siendo tan dependiente de esta tecnología que se convierta él en su esclavo? <<

[229] Prolongación del sistema nervioso central (el neuroeje), el sistema nervioso periférico comprende el conjunto de células nerviosas y fibras nerviosas que se encuentran fuera del cerebro y del canal medular. Los nervios, unidos por un extremo al neuroeje, se ramifican en el otro extremo formando una multitud de ramas finas que inervan el conjunto del cuerpo. Se distinguen los nervios cranianos y los nervios raquídeos (treinta y un pares). <<

[230] Con un casco, los microelectrodos colocados en la superficie del cráneo (método no invasivo) captan la actividad cerebral. <<

[231] Recordemos aquí la máxima de Isaac Asimov: «Un robot no es totalmente una máquina. Un robot es una máquina fabricada para imitar lo mejor posible al ser humano» (Prefacio de Prodige. La cité des robots, J’ai Lu, 1990, p. 235). <<

[232] F. Cabestaing y a Rakotomanonjy, Comptes rendus du Colloque GRETSI, 2007, 617. <<

[233] Para tratar este tema, hemos tomado muchas informaciones de la síntesis redactada por F. Lotte et al., «Les interfaces cerveau-ordinateur: Utilisation en robotique et avancées récentes», Journées nationales de la recherche en robotique, 2007. <<

[234] Para el filósofo Henri Bergson, la aparición progresiva del espíritu se da a partir de la materia gracias al discernimiento que exige la percepción. Sin embargo, cuestiona la definición tradicional de percepción. Para Bergson, percibir no es jugar o conocer, sino actuar (o poder actuar). Según Bergson, el acto de la percepción nos sitúa, por lo tanto, directamente en la materia. Así pues, no se trata de una filosofía reflexiva: no se parte de uno mismo para ir hacia el mundo. Sino que, partiendo del mundo indeterminado, nos damos el mundo tal como se nos da, sin cuestionarlo. Contrariamente a Kant, el sujeto no estructura el mundo, no existe el caos anterior: existe un mundo ya estructurado que se impone a nosotros. Véase también el concepto de representacción (J.-D. Vincent, Biologie des passions, op. cit.). <<

[235] Los robots controlados por la mente podrían tener mucho éxito entre los particulares y las empresas del siglo XXI. Según la ONU, en los años venideros veremos robots que escalarán fachadas de edificios para limpiar las ventanas, que se ocuparán de la seguridad de las ciudades grandes, que irán a la guerra o nos prepararán la comida. <<

[236] Tradicionalmente se diferencian dos grandes familias de interfaces cerebro-máquina (ICM). Cuando el paciente modifica voluntariamente su actividad cerebral y se analizan las variaciones neuronales correspondientes, la ICM se denomina asincrónica. Para la interfaz sincrónica, no se registra la actividad espontánea del cerebro, sino su respuesta ante una estimulación particular. En este caso, la persona recibe estímulos y el sistema analiza sus respuestas cerebrales que se traducen en variaciones del potencial de campo (potencial eléctrico global de una región local de un tamaño de un centenar de micrómetros). Estos potenciales que se denominan potenciales evocados sirven de mando a la máquina. Ya que esta respuesta cerebral es una característica innata del individuo, la utilización de una interfaz sincrónica no requiere un aprendizaje prolongado, contrariamente a lo que ocurre con la ICM asincrónica. <<

[237] A. Djourno, C. Eyries y P. Vallancien, Bulletin de l’Académie Nationale de Médecine, 1957, 141, p. 481. <<

[238] Comisario para la Energía Atómica. (N. de la T.). <<

[239] La prótesis retiniana tiene como objetivo sustituir las funciones en declive de los fotorreceptores de la retina mediante un sistema capaz de captar las imágenes y transformarlas en señales eléctricas que estimulan las neuronas de la retina interna. El objetivo de una prótesis retiniana es restaurar una visión útil en los pacientes ciegos debido a una degeneración de los fotorreceptores durante determinadas enfermedades como, por ejemplo, la retinopatía pigmentaria o la degeneración macular relacionada con la edad, en las que las neuronas de la retina interna siguen siendo funcionales. <<

[240] Esta retina artificial está fabricada por la empresa estadounidense Second Sight. <<

[241] En febrero de 2010. <<

[242] E. Evarts, Journal of Neurophysiology, 1966, 29, p. 1011. <<

[243] T. Elbert et al., Electroencephalography and Clinical Neurophysiology, 1980, 48, p. 293. <<

[244] A. Sterr et al., Nature, 1998, 391, pp. 134-135. <<

[245] Invitamos al lector a que consulte los blogs de Rémi Sussan, ensayista y periodista especializado en las nuevas tecnologías de la información, interesado en las aplicaciones de la tecnociencia en el ámbito sociológico (http://www.internetactu.net/author/remi-sussan/ y http://www.laspirale.org/texte.php?id=292). Sobre este tema, también ha escrito dos libros, Optimiser son cerveau y Demain les mondes virtuels, ambos publicados por la editorial FYP en 2009. De ellos hemos sacado algunos ejemplos. <<

[246] F. Cincotti et al., Brain Research Bulletin, 2008, 75, p. 796. <<

[247] Según la ONU, aproximadamente el 80 % de la población con algún tipo de minusvalía vive en los países desarrollados. <<

[248] F. Lotte et al., Actes de Premières Journées de l’Association française de réalité virtuelle, 2006, 55. A. Lécuyer et al., IEEE Computer, 2008, 41, p. 66. <<

[249] Desde hace más de quince años, varios laboratorios universitarios en Estados Unidos desarrollan investigaciones muy activas con la interfaz entre las neurociencias y la biotecnología. La mayoría de estos laboratorios están subvencionados por la DARPA, acrónimo que significa Defense Advanced Research Projects Agency, es decir, «Agencia de investigación de proyectos avanzados en el ámbito de la defensa». Esta agencia, dependiente del Pentágono (Departamento de Defensa), se encarga de desarrollar nuevas tecnologías destinadas al uso militar. La primera publicación científica en 1973 sobre la realización de un nuevo protocolo que permitía unir redes heterogéneas (satélite, radio, líneas telefónicas, etc.), el famoso TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), tan querido por Internet y su famosa «Red», fue realizada por esta agencia y por Bob Kahn en concreto. Más recientemente, los laboratorios de la DARPA han puesto a punto demostradores de pilotaje a distancia, a través del cerebro, de aparatos (por ejemplo helicópteros robot y drones, es decir, aviones no tripulados). Los científicos de la DARPA han desarrollado también prótesis «biónicas» que mejoran considerablemente las capacidades humanas. Se trata, por ejemplo, de lentillas electrónicas que enriquecen la visión mediante informaciones procedentes de calculadoras o instrumentos de detección. Estos seres humanos, enriquecidos con capacidades artificiales y asociados al uso de armas ultramodernas, confieren actualmente al ejército de Estados Unidos cierta supremacía. <<

[250] Jean-Dominique Bauby, Le Scaphandre et le Papillon, Robert Laffont, 1997 [trad. esp.: La escafandra y la mariposa, Círculo de Lectores, Barcelona, 1998]. <<

[251] P. Kennedy y R. Bakay, Neuroreport, 1988, 9, pp. 1707-1711. <<

[252] J. Carmena et al., PLoS Biology, 2003, 1 (2), E42. E-pub 13 de octubre, 2003, www.plosbiology.org. <<

[253] Para la primicia de este descubrimiento, véase J. K. Chapin, K. A. Moxon, R. S. Markowitz y M. A. Nicolelis, Nature Neuroscience, 1999, 2, pp. 664-670. <<

[254] Para más información sobre Jesse Sullivan, véase la página del Instituto de Rehabilitación de Chicago: http://www.ric.org/bionic/. <<

[255] T. Elbert y B. Rockstroh, La Recherche, 1996, 289, pp. 86-89. <<

[256] Miguel Nicolelis, «La pensée aux commandes», La Recherche, 2007, 410, p. 68. Miguel Nicolelis, «Mouvement: Piloter un robot par la pensée», Les Dossiers de La Recherche, 2008, 30, pp. 30-35. <<

[257] Incluso yendo en contra de las predicciones de Merleau-Ponty, que refutaba tal potencial. <<

[258] Un electroencefalograma (EEG) es el registro gráfico de la actividad eléctrica del cerebro. El EEG se detecta a través de electrodos colocados en la superficie del cuero cabelludo que permiten medir las diferencias de potencial eléctrico producidas por los circuitos nerviosos de la corteza cerebral (córtex cerebral). Así pues, el EEG está constituido por la suma de varias actividades oscilatorias eléctricas caracterizadas por su amplitud, frecuencia, localización y reactividad. La electroencefalografía fue puesta a punto por Hans Berger entre 1924 y 1929. <<

[259] En 1993, el equipo dirigido por A.-L. Benabid consiguió apagar los síntomas motores de la enfermedad de Parkinson al estimular eléctricamente ciertas regiones del cerebro de los pacientes. <<

[260] R. Fuentes et al., Science, 2009, 323, pp. 1578-1582. <<

[261] Se trata de uno de los trastornos conductuales más frecuentes en el niño: de un 5 a un 10 % lo sufren. Esta patología se diagnostica generalmente entre los 4 y los 6 años y se cree que tiene un origen neurológico. <<

[262] V. J. Monastra et al., Applied Psychophysiology Biofeedback, 2005, 30, p. 95. <<

[263] Cf. Anexo sobre el neurofeedback. <<

[264] Estas señales son características del estado mental en el que se encuentra un sujeto. Por ejemplo, en estado de relajación con los ojos cerrados, la frecuencia dominante de las señales emitidas por el cerebro será generalmente entre 8 y 13 hercios (señales de tipo alfa). <<

[265] Para una bibliografía completa de las publicaciones científicas sobre el neurofeedback, consúltese la página: http://www.adnf.org/bibliographie_biofeedback_EEG.htm. <<

[266] C. S. Stevenson et al., Australian and New Zealand Journal of Psychiatry, 2002, 36, pp. 610-616. <<

[267] J.-M. Guilé, Neuropsychiatrie de l’Enfance et l’Adolescence, 2004, 52, pp. 510-514. <<

[268] En España, el equivalente sería el Ritaline®. (N. de la T.). <<

[269] P. N. Friel, Alternative Medicine Review, 2007, 12, p. 146. <<

[270] S. Dehaene, La Bosse des maths, Odile Jacob, 2011. <<

[271] Para ello habría que imaginar una reproducción posible entre los cíborgs y la incompatibilidad de una reproducción con los humanos. <<

[272] El término cíborg, de origen inglés, significa cybernetic organism. <<

[273] Cf. página http://www.uiwa.edu/~commstud/resources/digitalmedia/. <<

[274] B. V. Zemelman et al., Neuron, 2002, 33, pp. 15-22. <<

[275] Esta mosquita es el modelo predilecto para los estudios genéticos. <<

[276] F. Zhang et al., «Multimodal fast optical interrogation of neural circuitry», Nature, 2007, 446, pp. 633-639. <<

[277] J. Lippincott-Schwartz y G. H. Patterson, «Development and use of fluorescent protein markers in living cells», Science, 2003, 300, pp. 87-91. <<

[278] L. Groc y D. Choquet, «AMPA and NMDA glutamate receptor trafficking: multiple roads for reaching and leaving the synapse», Cell and Tissue Research, 2006, 326, pp. 423-438. <<

[279] Que en griego significa «mecanismo de contacto». <<

[280] M. Foster y C. S. Sherrington, A Textbook of Physiology, 3.ª parte: «The central nervous system», Macmillan and Co. Ltd., 1897. <<

[281] G. M. Shepherd, Creating Modern Neuroscience, Oxford University Press, 2010, p. 291. <<

[282] G. Nagel et al., Science, 2002, 296, pp. 2395-2398. <<

[283] G. Nagel et al., Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2003, 100, pp. 13 940-13 945. <<

[284] D. Evanko, Nature Methods, 2007, 4, p. 384. <<

[285] F. Zhang et al., Nature Reviews Neuroscience, 2007, 8, pp. 577-581. <<

[286] E. S. Boyden et al., Nature Neuroscience, 2005, 8, pp. 1263-1268. <<

[287] W. Penfield y E. Boldrey, Brain, 1937, 60, pp. 389-443. <<

[288] Wilder Penfield estimulaba el cerebro de los pacientes durante las intervenciones quirúrgicas. Mostró que desde la punta del pie hasta la cara, todo el cuerpo estaba representado en él, formando un pequeño hombre en miniatura en el córtex, al que denominó homúnculo. <<

[289] R. Romo et al., Neuron, 2000, 26, pp. 273-278. <<

[290] D. Huber et al., Nature, 2008, 451, pp. 61-64. <<

[291] En 1897, el fisiólogo ruso Iván Pávlov describió los principios del reflejo condicionado. Dicho reflejo, al contrario del reflejo innato que depende del cerebro reptiliano, solo se adquiere tras un aprendizaje basado en mecanismos cerebrales. <<

[292] El umbral de percepción descrito aquí es muy inferior al considerado precedentemente a partir de experimentos clásicos de microestimulaciones corticales eléctricas. Cf. E. J. Tehovnik, «Electrical stimulation of neural tissue to evoke behavioral responses», Journal of Neuroscience Methods, 1996, pp. 1-17. <<

[293] C. Bardy, M. Alonso, W. Bouthour y P.-M. Lledo, «How, when, and where new inhibitory neurons release neurotransmitters in the adult olfactory bulb», The Journal of Neuroscience, 2010, 30, pp. 17 023-17 034. <<

[294] T. Knopfel, «Expanding the toolbox for remote control of neuronal circuits», Nature Methods, 2008, 5, pp. 293-295. <<

[295] La retina es el órgano sensorial de la visión. Está constituida por una matriz de fotorreceptores que captan las señales luminosas y las transforman en impulsos eléctricos transmitidos al circuito complejo de neuronas internas de la retina que las conducen luego desde el nervio óptico hacia los centros visuales del cerebro. <<

[296] La retinopatía pigmentaria afecta a treinta y cinco mil personas en Francia, alrededor de cuatrocientas mil en Europa y a más de un millón y medio en el mundo. Esta enfermedad genética ataca progresivamente a las células de la retina, llevando paulatinamente al sujeto hacia la ceguera total. <<

[297] Tal como su nombre indica, esta afección del ojo es fruto del deterioro de la mácula, una pequeña zona de la retina situada en el fondo del ojo. La degeneración macular acarrea una pérdida progresiva y a veces importante de la visión central, que se vuelve cada vez más borrosa. La degeneración macular afecta sobre todo a las personas mayores a partir de los 55 años. <<

[298] V. Busskamp et al., Science, 2010, 329, pp. 413-417. <<

[299] H. C. Tsai et al., Science, 2009, 324, pp. 1080-1084. <<

[300] M. E. Carter et al., The Journal of Neuroscience, 2009, 29, pp. 10 939-10 949. <<

[301] V. Gradinaru et al., Science, 2009, 324, pp. 354-359. <<

[302] Este término se aplica aquí a todos los dispositivos electrónicos, o constituidos con tejido celular, compuestos de captores, conexiones y chips electrónicos implementados en el cuerpo para reparar determinadas deficiencias (sensoriales o motrices) del sistema nervioso. Los progresos recientes en materia de implantes oculares (retinas artificiales) o de una interfaz hombre-máquina (comunicación a través de la mente), por ejemplo, dejan entrever numerosas perspectivas para corregir una deficiencia. <<

[303] Esta intervención puede producirse en dos contextos diferentes: o bien va dirigida a reparar al sujeto enfermo o bien intenta mejorar al sujeto sano. <<

[304] Cf. http://med.standford.edu/news_releases/2004/april/neuroethics.htm. <<

[305] Denominaremos smart drug a todo aquel producto que presente una toxicidad normalmente débil y produzca un efecto tónico, buscado por mejorar supuestamente algunas funciones mentales. <<

[306] El cerebro aumentado se opone al cerebro reparado, es decir, restablecido en su funcionamiento óptimo. Sin embargo, a pesar de su utilidad, esta distinción entre cerebro aumentado y cerebro reparado es muy poco clara. <<

[307] Norbert Wiener fue el padre de esta disciplina. Este gran científico sigue siendo uno de los pilares fundadores del alma de la sociedad moderna: la información y la comunicación. En 1948, N. Wiener publica Cybernetics: Control and Communication in the Animal and the Machine [trad. esp.: Cibernética, Tusquets, Barcelona, 1985], que pone las primeras piedras de esta nueva disciplina. Esta ciencia de las analogías controladas entre organismos y máquinas formaliza la noción de retrocontrol y posee implicaciones en los ámbitos de la ingeniería, los controles de los sistemas, la informática, la biología, la filosofía y la propia organización de la sociedad. <<

[308] El locus coeruleus (del latín «la mancha azul») es un núcleo subcortical del cerebro, situado en el tronco cerebral. Esta pequeña región contiene la mitad de todas las neuronas que utilizan noradrenalina como neurotransmisor en el cerebro y proyecta sus axones hacia regiones cerebrales que pueden asociarse a los trastornos de pánico (amígdala, hipocampo, área septal, córtex, tronco cerebral, formación reticulada, etc.) e implicadas en la estimulación del estado de vigía. La activación del locus coeruleus permite también una sobreactivación del córtex prefrontal, importante para el control de la atención. <<

[309] www.modafinil.info. <<

[310] A. Pollack, «A biotech outcast awakens», New York Times, 20 de octubre de 2002. <<

[311] «Pill to boost brain power», BBC News, 5 de noviembre de 2002 a las 10.33, hora GMT. <<

[312] Mientras juega en su casa, Alicia ve un conejo ataviado a la moda victoriana. Decide seguirlo hasta su madriguera con el deseo de ver lo que hay «al otro lado del espejo». En este nuevo mundo todo está al revés. Alicia se convierte en objeto de una partida de ajedrez entre la Reina Roja y la Reina Blanca. Durante la partida, el personaje principal y la Reina Roja emprenden una carrera desenfrenada. Entonces Alicia pregunta: «Pero, Reina Roja, esto es extraño, ¿corremos a toda velocidad y el paisaje que nos rodea no cambia?». Y la Reina contesta: «En este mundo, es necesario correr lo más rápidamente posible para permanecer en el mismo lugar». Al otro lado del espejo, título original Through the Looking-Glass, and What Alice Found There, novela escrita por Lewis Carroll en 1871, continuación de Las aventuras de Alicia en el País de las Maravillas. <<

[313] El glutamato, que es el neurotransmisor liberado por las sinapsis excitantes, se fija en varios subtipos de receptores, de los cuales dos son muy importantes: los receptores AMPA y NMDA. El receptor AMPA está acoplado a un canal iónico que provoca la entrada de sodio en la neurona diana cuando el glutamato se fija en ella. Esta entrada de sodio conlleva la despolarización de la dendrita y, si esta despolarización alcanza el umbral de desencadenamiento del potencial de acción, la transmisión del flujo nervioso en la neurona siguiente. El receptor NMDA es también un receptor de glutamato acoplado a un canal iónico, pero que privilegia la entrada de calcio en la célula. <<

[314] Según el Observatorio Francés de Drogas y Toxicomanías (OFDT), el 4 % de los franceses con edades comprendidas entre los 24 y los 44 años la consumen (www.ofdt.fr.). <<

[315] El 1,5 % de los franceses con edades comprendidas entre los 15 y los 75 años consumen anfetaminas, según el OFDT. <<

[316] Fue también presidente de la Sociedad Francesa de Psicología y del primer congreso mundial de psiquiatría en 1950, presidente del Comité Nacional de Estudios de los Funcionamientos y Enfermedades del Cerebro en 1959 y del Colegio Internacional de Neuropsicofarmacología en 1965. Ha publicado muchas obras que tratan su disciplina: Les Astéréognosies et les sensibilités cérébrales, Les Dérèglements de l’humeur, La Psychophysiologie humaine, Aspects de la psychiatrie moderne, Études de psychologie médicale, Les Ondes cérébrales et la psycologie, L’Électricité cérébrale, Introduction à la médecine psychosomatique [trad. esp.: Introducción a la medicina psicosomática, Elsevier Masson, Barcelona, 1965]. <<

[317] El término dependencia se utiliza para designar las conductas compulsivas de búsqueda de droga de un individuo. Esta terminología es ambigua ya que puede confundirse con la «dependencia física» que se traduce en una sensación física de carencia en ausencia de determinada sustancia, como ocurre por ejemplo en el destete. Así pues, a menudo se confunde dependencia y adicción, cuando en realidad se trata de dos términos que no son intercambiables. Por ejemplo, la cocaína es una sustancia adictiva que no acarrea dependencia física. Al contrario, un síndrome de destete acompaña sistemáticamente el uso de antidepresivos aunque la persona no muestra ninguna actitud compulsiva hacia dichos medicamentos. <<

[318] Henri Laborit, neurobiólogo francés, descubrió el primer neuroléptico con propiedades relajantes, la clorpromazina. Desde entonces, esta molécula ha permitido tratar a pacientes esquizofrénicos sin recurrir a la lobotomía, muy popular en aquella época. <<

[319] A. Cadet-Taïrou, M. Gandilhon, E. Lahaie, M. Chalumeau, A. Coquelin y A. Toufik, OFDT, enero de 2010. El dispositivo Trend, creado en 1999, se apoya en una red compuesta por siete ciudades francesas (Burdeos, Lille, Marsella, Metz, París, Rennes y Toulouse). Este informe presenta una síntesis de los resultados de las observaciones realizadas durante los años 2007 y 2008 así como datos preliminares de 2009. Está compuesto de dos partes: una parte transversal centrada en los distintos grupos de usuarios, contextos y modos de uso; y luego una parte centrada más específicamente en las grandes familias de productos psicotrópicos (opiáceos, estimulantes, alucinógenos, medicamentos creados para otros fines). Junto a las tendencias de fondo registradas desde hace varios años, como la continuación de la difusión de la cocaína en nuestra sociedad, o la desafección por el éxtasis en forma de comprimidos, varios fenómenos nuevos merecen ser citados: la diversificación social creciente de las poblaciones usuarias de sustancias ilícitas; las conductas de riesgo entre las poblaciones jóvenes en situación más precaria; la confirmación de un nuevo ciclo de difusión de la heroína tras años de declive del uso tras la introducción de tratamientos de sustitución. <<

[320] http://www.assemblee-nationale.fr/rap-oesct/drogues/ i3641-13.asp#P191_15 617. <<

[321] U. D. McCann, Z. Szabo, U. Scheffel, R. F. Dannals, G. A. Ricaurte, «Positron emission tomographic evidence of toxic effect of MDAMA (“Ecstasy”) on brain serotonin neurons in human beings», Lancet, 1998, 352, pp. 1433-1437. <<

[322] H. Greely, B. Sahakian, J. Harris, R. C. Kessler, M. Gazzaniga, P. Campbell y M. J. Farah, «Towards responsible use of cognitive-enhancing drugs by the healthy», Nature, 2008, 456, pp. 702-705. <<

[323] Aristóteles (Física, II, 1): «Entre los seres […], unos existen por naturaleza, los otros por otras causas; por naturaleza, los animales y sus partes, las plantas y los cuerpos simples, como la tierra, el fuego, el agua, el aire; en efecto, de estas cosas y de otras del mismo tipo se dice que existen por naturaleza. Ahora bien, todas las cosas que acabamos de nombrar difieren manifiestamente de las que no existen por naturaleza; cada ser natural, en efecto, posee en sí mismo un principio de movimiento y de fijeza, unos en relación con el lugar, otros con el aumento o la disminución, otros con la alteración. Por el contrario, una cama, un abrigo o cualquier otro objeto de este tipo, en cuanto que tienen todos derecho a este nombre, es decir, en la medida en que son producto del arte, no poseen ninguna tendencia natural al cambio, pero únicamente en la medida en que por accidente son de piedra o de madera o de una mezcla de ambos, y bajo esta relación; ya que la naturaleza es un principio y una causa de movimiento y de descanso para la cosa en la cual reside inmediatamente, por esencia y no por accidente». <<

[324] G. F. Koob y M. Le Moal, «Addiction and the brain antireward system», Annual Reviews of Psychology, 2008, 59, pp. 29-53. <<

[325] En algunos campus de Estados Unidos, más de un estudiante de cada cuatro ya recurre a él. <<

[326] J. Bentwich, E. Dobronevsky, S. Aichenbaum, R. Shorer, R. Peretz, M. Khaigrekht, R. G. Marton, J. M. Rabey, «Beneficial effect of repetitive transcranial magnetic stimulation combined with cognitive training for the treatment of Alzheimer’s disease: a proof of concept study», Journal of Neural Transmission, 2011, 118, pp. 463-471. <<

[327] Nano significa «enano» en griego. Según el Sistema Internacional de Unidades, corresponde a una unidad mil millones de veces más pequeña que la unidad de base, o a un orden de tamaño nueve veces inferior (http://bipm.fr/3_SI/si-prefixes.html). <<

[328] Cf. la definición propuesta por la Comisión de las Comunidades Europeas: Hacia una estrategia europea para las nanotecnologías, redactada el 12 de mayo de 2004. http://ec.europa.eu/nanotechnology/pdf/nano_com_es.pdf. <<

[329] Un nano-objeto esférico de dos a tres nanómetros de diámetro contiene algunos átomos. <<

[330] G. Binnig et al., Physical Reviews B: Condensed Matter, 1985, 32, pp. 1336-1338. <<

[331] Un microscopio con efecto túnel funciona gracias a la punta conductora muy fina que se aproxima tan cerca de la superficie de una muestra que los electrones pueden pasar de una a otra según el efecto túnel. Cuando se aplica una tensión entre la superficie y la punta, se puede detectar una corriente de electrones. Gracias a dicha corriente, la distancia entre punta y superficie puede ser controlada de forma precisa. Mediante esta técnica es posible alcanzar una resolución fantástica que permite el acceso a la disposición de los átomos sobre una superficie conductora. El uso de microscopios atómicos permite incluso sobrepasar el estadio de análisis para ofrecer la posibilidad de manipular individualmente átomos que pueden ser ordenados a destajo. <<

[332] Química y nanotecnologías comparten muchas propiedades. La química tiene como objetivo analizar cuerpos compuestos para separarlos en elementos simples o, al contrario, sintetizar cuerpos a partir de estos elementos de base. Así pues, la química pretende organizar átomos entre sí para formar moléculas. Las nanotecnologías comparten este mismo objetivo, pero mientras que la química procede de forma estadística, sobre millones o miles de millones de átomos, el proyecto de las nanotecnologías consiste en manipular átomos aislados para construir dispositivos con una precisión hasta ahora inigualada. Podemos concluir que las nanotecnologías se basan en las leyes de la química que definen las condiciones en las cuales pueden o no tener lugar uniones entre átomos. <<

[333] En 1974, Norio Taniguchi empleó este término para describir la capacidad de fabricar materiales a escala nanométrica. <<

[334] «At the atomic level, we have new kinds of forces and new kinds of possibilities, new kinds of effects. The problems of manufacture and reproductions of materials will be quite different», por R. Feynman, durante el discurso que pronunció el 29 de diciembre de 1959 en la Sociedad Americana de Física. <<

[335] Los nanoobjetos son partículas cuyas tres dimensiones son nanométricas. Si dos dimensiones únicamente son nanométricas, se habla de nanofibras (llenas) o de nanotubos (vacíos). Los nanotubos más conocidos son los nanotubos del carbono, pero existen también nanotubos de nitruro de boro y nanotubos naturales. Finalmente, si solo una de las dimensiones es nanométrica, se habla entonces de nanoplacas. <<

[336] Esta aserción corresponde más o menos a la definición de nanotecnologías ofrecida por la National Nanotechnology Initiative (NNI) creada por el gobierno de Bill Clinton en 2000: «The studio of structures, dynamics and properties of systems in which one or more of the spatial dimensions is nanoscopic (1-100 nm), thus resulting in dynamics and properties that are distinctly different (often in extraordinary and unexpected ways that can be favorably exploited) from both small-molecules systems and systems macroscopic in all dimensions». La visión del NNI es la de un futuro en el cual la capacidad para comprender y controlar la materia a escala nanoscópica conduce a una revolución tecnológica e industrial que beneficiará a todos los miembros de la sociedad. Los cuatro objetivos que se persiguen son: desarrollar un programa de investigación en nanotecnologías que permita a los Estados Unidos garantizar su liderazgo en este ámbito. El objetivo es sobrepasar las fronteras entre disciplinas y los límites del saber para conquistar espacios nuevos de conocimiento. Este primer objetivo se prolonga naturalmente hacia el segundo que persigue apoyar la transferencia de conocimientos y tecnologías desarrolladas para crear bienes que garanticen un beneficio comercial o societario. La inversión para asegurar las necesidades en infraestructuras de investigación y mano de obra altamente cualificada, necesaria para el desarrollo de este ámbito, constituye el tercer objetivo del programa. El último objetivo consiste en garantizar un desarrollo responsable y razonable de las nanotecnologías. Se trata de controlar y evaluar los riesgos que plantean los nanomateriales para el medio ambiente, la salud y la seguridad, pero también se trata de garantizar la comunicación de acciones del NNI al público y reflexionar sobre las implicaciones éticas y legales del desarrollo de las nanotecnologías. Cf. el portal participativo del NNI, Strategy Portal, http://strategy.nano.gov/. <<

[337] El término transistor procede del inglés transfer resistor (resistencia de transferencia). El transistor es el componente electrónico activo utilizado principalmente como interruptor controlado. La invención del transistor en 1948 abrió la vía a la miniaturización de los componentes electrónicos. <<

[338] P. Schindler, J. T. Barreiro, T. Monz, V. Nebendahl, D. Nigg, M. Chwalla, M. Hennrich y R. Blatt, «Experimental repetitive quantum error correction», Science, 2011, 332, pp. 1059-1061. <<

[339] El procesador se denomina también CPU (del inglés central processing unit, unidad central de tratamiento). <<

[340] Una ley enunciada por Gordon Moore prevé que cada veinticuatro meses el tamaño de los componentes electrónicos disminuya a la mitad y aumente su rendimiento. <<

[341] Los nanomateriales adoptan varias formas que comprenden partículas libres o fijas, fibras o tubos, cristales o placas. <<

[342] Cf. la síntesis documental del Centre de documentation Économie-Finances del 25 de mayo de 2010; http://www.minefi.guv.fr/directions_services/cedef/synthese/nanotechnologies/synthese.htm. <<

[343] Habrá que hacer grandes esfuerzos para conseguir la aceptación por parte del ciudadano y garantizar una comercialización bien hecha de los nanomateriales. La elección de estas orientaciones debería inscribirse en una reglamentación muy estricta, desconectada, todo lo posible, de la noción de beneficio y acompañada de una información más amplia dirigida al público sobre los retos. Una actitud menos espontánea ante problemas de esta naturaleza indica explícitamente un dominio social y político de la dialéctica de los riesgos. Ya es hora de que intentemos que se entienda y de lanzar procedimientos de información y discusión mucho más orientados hacia un gran debate público. Si se rompiera la cadena de información, el peligro alternativo sería la vuelta de una desconfianza sistemática hacia los efectos «nefastos» del progreso científico y técnico. Un giro de la situación de estas características permitiría la utilización abusiva del principio de precaución en nombre de una transposición modernizada de los terrores sagrados hacia las transgresiones del orden de lo «natural». <<

[344] Los sistemas moleculares organizados (SMO) proceden de la autoorganización de las moléculas que inducen un orden desde distancias largas a la escala supramolecular. Esta organización es fruto de interacciones débiles a distancias cortas que actúan lejos de los estados de equilibrio termodinámicos. La posibilidad de que ciertas moléculas puedan organizarse de forma espontánea cuando están colocadas en un entorno apropiado, abre el camino hacia una nueva farmacología. Los SMO son estudiados por la conjunción temática de la física de la materia blanda, la química molecular, luego la biología y a partir de ahí por la aplicación de la química a escala industrial. <<

[345] B. Tian et al., Science, 2010, 329, pp. 830-834. <<

[346] Cf. los trabajos de Dominique Martinez en el Laboratoire lorrain de recherche en informatique et ses applications (LORIA), en Vandœuvre-les-Nancy; http://www.loria.fr/~dmartine/. <<

[347] H. Bannai et al., Nature Protocols, 2006, 1, pp. 2628-2634. <<

[348] Consúltese la página de los dos expertos mundiales en la materia, la de Antoine Trillers (http://www.ibens.ens.fr/spip.php?article42) y la de Daniel Choquet (http://www.inb.u-bordeaux2.fr/dew/FR/chercheur.php?chercheur=Daniel %20Choquet&id=131), donde aparecen muchas de sus principales publicaciones sobre este tema. <<

[349] Cf. el informe Nanosciences et progrès médical del Office parlementaire d’évaluation des choix scientifiques et technologiques por Jean-Louis Lorrain y Daniel Raoul, presentado el 6 de mayo de 2004; http://www.assemblee-nationale.fr/12/rap-off/i1588.asp. <<

[350] P. Fromherz, «Neuroelectronic interfacing; Semiconductor chips with ion channels, nerve cells and brain», en R. Wase (ed.), Nanoelectronics and Information Technology, Wiley, 2003, pp. 783-808. <<

[351] P. Fromherz, Annals of the New York Academy of Sciences, 2006, 1093, pp. 143-160. <<

[352] Se trata de una barrera virtual que aísla parcialmente el sistema nervioso central de la circulación sanguínea. Esta barrera protege las células nerviosas de las influencias externas. Está constituida por capilares sanguíneos cuya estructura especial permite ejercer la función de filtro selectivo. Si bien ejerce un efecto benéfico para el cerebro al protegerlo de los patógenos y otras toxinas, también constituye un freno a la acción de determinados medicamentos que son incapaces de atravesarla para actuar en el cerebro. <<

[353] G. Férone y J.-D. Vincent, Bienvenue en transhumanie, Grasset, 2011. <<

[354] Seis millones de personas en el mundo sufren ceguera debido a enfermedades infecciosas de la córnea. Desgraciadamente, los injertos de córnea son todavía poco frecuentes (diez mil al año en Europa) debido a los riesgos de contraer alguna enfermedad del donante (VIH, hepatitis C, enfermedades por prión, etc.). En este marco, la posibilidad de reconstruir la córnea a partir de tejidos artificiales es muy valiosa. <<

[355] Citaremos como primer ejemplo el proyecto Blue Brain en el que están asociadas la empresa IBM y la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL). Con ayuda de un superordenador último grito, unos neurocientíficos han podido copiar una columna neocortical completa de un cerebro de rata utilizando decenas de miles de chips informáticos que imitan las neuronas. El objetivo de estos investigadores es, ni más ni menos, simular la fisiología de un cerebro humano para extraer toda la información que hace que seamos un ser único. Otro ejemplo es el que nos ofrece el proyecto Human Connectome, que en octubre de 2010 recibió 40 millones de dólares para cartografiar el conjunto de los circuitos neuronales del cerebro en reposo, es decir, no movilizado por una tarea específica. Este programa de investigación consiste, entre otras cosas, en recortar el cerebro en láminas muy finas (1 micrómetro) con un aparato denominado ultramicrotomo. Estas láminas serán escaneadas después con un microscopio electrónico. A continuación los ordenadores analizarán los datos y reproducirán la estructura de nuestro cerebro en 3D con una precisión micrométrica y en un tiempo récord. <<

[356] Para una información más amplia sobre los campos de aplicación posibles del neurofeedback, el lector puede visitar el portal: http://www.passeportsante.net/fr/Therapies/Guides/Fiche.aspx?doc=biofeedback_th. La página de la International Society for Neurofeedback & Research (http://www.isnr.org/) propone una bibliografía completa de los artículos científicos publicados sobre el neurofeedback. <<

[357] En este caso preciso, los cambios de potencial eléctrico se denominan potenciales evocados. <<

[358] Las ondas alfa favorecen la capacidad de coordinación mental. En su presencia, el sujeto está generalmente tranquilo y relajado. Para algunos autores, quizá las ondas alfa pudieran echar un puente entre consciente e inconsciente. <<

[359] El análisis preciso de un EEG revela las frecuencias siguientes: delta (de 0,5 a 4 hercios; acompañan el sueño profundo, sin actividad onírica), theta (entre 4 y 8 hercios; son las ondas de la relajación profunda alcanzada en estado de vigilia), alfa (de 8 a 12 hercios; son las ondas de la relajación ligera y del estado de vigilia tranquilo), beta (entre 13 y 30 hercios; son las ondas de nuestras actividades mentales corrientes) y gamma (superior a 30 hercios; indican una gran actividad cerebral como la que acompaña los procesos creativos o bien la búsqueda de soluciones a un problema). Por lo tanto, la frecuencia de las ondas cerebrales varía según el tipo de actividades en el cual se ve implicado nuestro cerebro. En cambio, si el gráfico registrado por el EEG es plano, significa que no hay actividad cerebral. Actualmente esta es la definición profana de la muerte (cf. el artículo de Lucie Dumoulin y Léon René de Cotret en «Passeportsante.net»: http://www.passeportsante.net/fr/Therapies/Guides/Fiche.aspx?doc=synchrotherapie_th). <<

[360] El ritmo beta es el régimen oscilatorio dominante cuando nuestros ojos permanecen abiertos, escuchamos música y pensamos durante la resolución de un problema analítico, cuando realizamos un juicio, una toma de decisión y cuando tratamos informaciones relacionadas con el mundo que nos rodea. <<

[361] La Asociación Americana de Psiquiatría define el estado de estrés postraumático como «un estado mórbido sobrevenido en el transcurso de un acontecimiento excepcionalmente violento, capaz de provocar angustia para cualquiera». <<

[362] E. G. Peniston y P. J. Kulkosky, «Alpha-theta brainwave training and beta-endorphin level in alcoholics», Alcoholism: Clinical Experimental Research, 13, 1989, pp. 271-279. <<

[363] N. Chevalier, M.-M. Guay, A. Achim, P. Lageix y H. Poissant, Trouble déficitaire de l’attention avec hyperactivité: Soigner, éduquer, surtout valoriser, Presses de l’Université du Québec, 2006. <<

[364] Para más información sobre la Asociación para la Difusión del Neurofeedback en Francia (ADNF), véase la página: http://www.adnf.org/. <<

[365] Para una lista completa de los juegos basados en sistemas de neurofeedback, véase la página: http://www.mindmodulations.com. <<

[366] Véase en concreto J. Kamiya, «Biofeedback training in voluntary control of EEG Alpha rhythms», California Medicine, 1971, 115, p. 44; J. A. Robbins, Symphony in the Brain; The Evolution of the New Brain Wave Biofeedback, Grove Press, 2001; M. B. Sterman, «Basic concepts and clinical findings in the treatment of seizure disorders with EEG operant conditioning», Clinical Electroencephalography, 2000, 31, pp. 45-55. Para más informaciones sobre la International Society for Neurofeedback & Research; www.isnr.org. <<

[367] B. Aïssa y M. A. El Khakani, Nanotechnology, 2009, 20, p. 175-203; Y. Ma et al., ACS Nano, 2008, 2, pp. 1197-1204; A. V. Andreev, Physical Review Letters, 2007, 99, p. 247-204; H. Park et al., Nano Letters, 2006, 6, pp. 916-919; H. T. Man y A. F. Morpurgo, Physical Review Letters, 2005, 95, p. 26-801; Z. Yao et al., Physical Review Letters, 2000, 84, p. 2941-2944. <<