Apuntes científicos desde el MIT

Apuntes científicos desde el MIT

Este Blog empezó gracias a una beca para periodistas científicos en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Boston, donde pasé un año aprendiendo ciencia con el objetivo de contarla después. Ahora continúa desde Nueva York buscando reflexiones científicas en otras instituciones, laboratorios, conferencias, y conversando con cualquier investigador que se preste a compartir su conocimiento.

Sobre el autor

Pere Estupinya

. Soy químico, bioquímico, y un omnívoro de la ciencia, que ya lleva cierto tiempo contándola como excusa para poder aprenderla.
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Libros

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El ladrón de cerebros La ciencia es la aventura más apasionante que puedas emprender.
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Teoría de la Mente

Por: | 31 de marzo de 2013

Theory of mind

Imagina estar tú, un niño de 5 años, y otro de 3, observando a través de una cámara oculta qué ocurre en una habitación vacía donde sólo hay un sillón, una caja, y una pelota.

De repente veis entrar una niña en la habitación, jugar un rato con la pelota, dejarla dentro de la caja, e irse. Pasan un par de minutos, y aparece una mujer caminando de manera sigilosa, saca la pelota de la caja, la esconde detrás del sillón, y se va como comprobando que nadie la haya visto.

Pasa otro par de minutos, vuelve a entrar la niña, y entonces unos investigadores detienen la imagen y os preguntan: ¿dónde irá la niña a buscar la pelota: dentro de la caja o detrás del sillón?

Tú evidentemente respondes que irá a buscarla dentro de la caja, porque allí es donde la dejó. El niño de 5 años responde lo mismo. Sin embargo, el de 3 años contesta que irá a buscarla detrás del sillón, porque allí es donde está la pelota.

Experimentos como éste se han repetido infinidad de veces, y todos los niños menores de 3 años responden que la niña iría a buscar la pelota donde ellos saben que está, y los de 5 –a excepción de los autistas- donde la niña cree que está.

A los tres años, el cerebro todavía no ha desarrollado la capacidad de interpretar la mente de otros. Es en algún momento alrededor de los 4 años que aparece en el cerebro una capacidad cognitiva que los psicólogos llaman “teoría de la mente”, que nos permite ser conscientes del estado mental ajeno e imaginar qué están pensando otras personas.

Obvio que hay un componente de observación y aprendizaje por parte del niño, pero que aparezca de manera tan consistente alrededor de esta edad indica que existe también un claro condicionante neurofisiológico.

RtjDe hecho, escaneando con resonancia magnética funcional el cerebro de niños de diferentes edades mientras realizaban tests parecidos al de la pelota-caja-sillón, Rebecca Saxe del MIT descubrió una zona en el neocortex justo detrás de nuestra oreja derecha que va desarrollándose y especializándose durante la infancia y adolescencia, y que está claramente asociada a la capacidad de interpretar qué puede estar pasando por la mente de otras personas. El área se llama Right Temporoparietal Junction (rTPJ), y la utilizas negociando con un cliente, intentando buscar los motivos de la cara de enfado de tu pareja, pensando qué regalo le gustará más a una amiga, o juzgando si alguien que cometió un error lo hizo con mala fe o de manera inocente.

(*) Nota: la expresión “teoría de la mente” es confusa: no se refiere a una teoría/hipótesis, sino a una capacidad cognitiva. Tener teoría de la mente es tener capacidad de interpretar la mente ajena.

Modificar tus juicios morales con un click magnético transcraneal

Similar a la situación anterior habitación-niña-pelota, ahora estás observando desde una cámara oculta a Olga y Esther.

Olga y Esther son dos jóvenes investigadoras que trabajan en mismo laboratorio y que, aunque intenten disimularlo, no se caen nada bien. Se toleran, van a tomar café juntas, hablan de sus cosas, pero en realidad se tienen una profunda manía mutua. Especialmente Olga hacia Esther.

Son las 11 de la mañana, y como cada día a esa hora van a tomar café a una pequeña sala anexa a su laboratorio. Olga prepara los cafés, y le pregunta a Esther cuantas cucharadas de azúcar quiere. Esther dice que dos, Olga va a ponerlas, pero justo al lado del bote de azúcar ve otro idéntico que contiene un compuesto de textura muy parecida al azúcar, pero que ella sabe provoca fuertes diarreas. Olga se detiene un par de segundos, y a plena conciencia pone dos cucharadas del producto tóxico en el café de Esther.

Sin embargo, antes había ocurrido algo que Olga desconocía: Alguien cambió las etiquetas de ambos botes, y en realizad lo que Olga puso en el vaso de Esther fueron dos cucharadas de inofensivo azúcar. ¿Cómo juzgas la inocua acción de Olga?

Imagínate el caso que le hubiera dado el tóxico sin saber lo del cambio de etiquetas, convencida de que era azúcar. ¿En cual de las dos circunstancias sería más culpable “moralmente”? Tú seguramente asumirás que lo segundo fue un error que no merece castigo, y lo primero un acto de mala fe que, a pesar de no tener consecuencias, sí merece ser reprobado.

Si le preguntas algo parecido a un niño de 3 años sin teoría de la mente, opinaría todo lo contrario: Olga es culpable cuando provoca una intoxicación a Esther y no lo es cuando nada ocurre. Y si haces la prueba en niños cada vez mayores, irás viendo una gradación en las respuestas, con una variabilidad que todavía se mantiene en edad adulta.

De hecho Rebecca Saxe puso varios hombres y mujeres bajo el scanner de fMRI mientras les planteaba situaciones como ésta, y encontró una asociación significativa entre la actividad de la rTPJ y la proporción de culpa que daban a Olga en ambas situaciones (dar azúcar pensado que era tóxico, o dar tóxico pensando que era azúcar). Siempre la juzgaban como más culpable cuando su intención era provocar un daño aunque no lo consiguiera, pero cuanta menor actividad tenían los voluntarios en la zona rTPJ, más grado de responsabilidad le otorgaban cuando causaba un daño por accidente involuntario.

Y aquí llega lo más espectacular: una investigadora del grupo de Saxe, Liane Young, consiguió alterar el juicio sobre la actitud de Olga de varios voluntarios, desactivando su rTPJ con Estimulación Magnética Transcraneal (TMS). El título del paper de PNAS es contundente: “Disruption of the right temporoparietal junction with transcranial magnetic stimulation reduces the role of beliefs in moral judgments” (La distorsión del rTPJ con TMS reduce el rol de las creencias en los juicios morales).

 

Pere estupinya tms
Estimulándome con TMS mi corteza motora, el pasado marzo en laboratorio de Mar Cortés (Burke Rehabilitacion Center, NY)
En función de la frecuencia a que se aplique, la estimulación magnética transcraneal puede servir para activar o desactivar circuitos neuronales específicos del cerebro. Liane Young planteó el dilema entre Olga y Esther a voluntarios mientras les bloqueaba el rTPJ, y observó que modificaban significativamente sus opiniones sobre el grado de culpabilidad de Olga. No llegaban a invertirlo, pero sí daban significativamente más valor al resultado final de la acción y menos a la intención oculta de Olga. Impresionante. Unas simples ondas magnéticas pueden desactivar temporalmente una parte de nuestro cerebro y cambiar nuestros juicios morales, que por otra parte solemos considerar tan sólidos.

 

Conocí a Rebecca Saxe durante mi época en el MIT, y hablé de ella en el “rascar donde no pica”. Pero cuando el mes pasado volví a verla presentar sus apasionantes investigaciones durante el congreso de la AAAS, me prometí que debía explicarlo en este blog.

Asociar comportamiento a actividad cerebral tiene un punto demasiado reduccionista, la capacidad diagnóstica del fMRI se ha exagerado (más por culpa de los propios investigadores que de los medios, aunque ellos se autoprotejan diciendo lo contrario), y es un tema muy delicado pues se empieza a pretender identificar delincuentes o psicópatas reincidentes mirando al cerebro en lugar de al comportamiento. Obvio que se necesita ser cauteloso, pero queda fuera de toda duda que nuestros pensamientos y decisiones son fruto de una actividad neuronal, y que en realidad la personalidad y sensación de identidad son una ilusión generada por nuestro cerebro, para dejarnos tranquilos haciéndonos creer que somos siempre el mismo individuo. No lo somos.

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El mayor proyecto neurocientífico de la historia

Por: | 11 de marzo de 2013

Rafael Yuste, by Pere Estupinya
Rafael Yuste, ideólogo del Brain Activity Map Project, en su laboratorio de la Columbia University
 

En septiembre de 2011 una cincuentena de neurobiólogos y nanofísicos se reunieron en la ciudad inglesa de Buckinghamshire para discutir posibles proyectos conjuntos. Entre ellos estaba el neurocientífico de la Columbia University Rafael Yuste, quien se presentó con la propuesta más ambiciosa siquiera imaginada: registrar la actividad de circuitos neuronales enteros a escalas de milisegundos, y eventualmente de cerebros completos.

A finales de los años 80 Rafael Yuste abandonó la Universidad Autónoma de Madrid en dirección a la Rockefeller University, donde bajo la dirección del premio Nobel Torsten Wiesel desarrolló una técnica llamada calcium imaging que permitía medir la actividad neuronal: cuando una señal eléctrica recorre una neurona ésta absorbe calcio de su exterior. Si se tiñe un área del cerebro con un colorante que cambia de color en presencia de calcio, entonces con microscopía óptica se podrá detectar cuando una neurona está activa y cuando no.

La técnica del calcium imaging se ha convertido en uno de los pilares de la neurobiología, y desde que hace 22 años Rafael Yuste publicó con ella su primera película de actividad neuronal, gran parte de su carrera científica se ha dedicado a refinarla para poder conseguir mayor precisión, resolución y amplitud de grupos neuronales estudiados.

Preparando la reunión en Buckinghamshire, Rafael pensó que era el momento de dar un gran salto cualitativo en la manera que tenemos de observar el cerebro: debíamos plantear un proyecto a gran escala para mejorar el calcium imaging y desarrollar nuevas técnicas de neuroimagen con las que, en lugar de como ahora hacer películas en dos dimensiones de la actividad de varios centenares de neuronas como máximo, registrar mapas 3D a gran resolución de la actividad del cerebro de un gusano C. elegans, una mosca Drosophila, y circuitos neuronales enteros del cerebro de ratones y primates.

En marzo de 2013, semanas antes de que su idea se convierta en el mayor proyecto neurocientífico de la historia, Rafael Yuste recuerda desde su laboratorio de la Columbia University: “cuando planteé el proyecto las primeras reacciones fueron negativas. La mayoría de los presentes pensaba que era una quimera. Pero de repente recibí un fuerte apoyo de George Church”. George Church es un prestigioso genetista de Harvard pionero de la biología sintética y considerado uno de los artífices del proyecto genoma humano. Rafael explica que Church se entusiasmó con la idea del Brain Activity Map (BAM), y viendo que todas las críticas eran de la misma índole que las que a ellos les plantearon en los 80 cuando propusieron secuenciar el genoma humano, las fue respondiendo una a una. “Nos decían que iba a ser demasiado caro, que tomaría mucho tiempo, que las técnicas actuales no lo permitían, que había cosas más importantes a hacer… pero George y yo íbamos dando respuesta a todo, y a medida que lo hacíamos, en realidad el entusiasmo crecía y la idea se hacía más fuerte y sólida”, recuerda con una ilusionada sonrisa Rafael Yuste.

Rafael Yuste estaba lanzado y decidió redactar un documento o white paper en el que se detallaban los objetivos básicos del proyecto y una propuesta de guía para realizarlo. Lo distribuyó con Church y otros investigadores, y tras terminar la sesión de tarde empezaron a ampliar dicho white paper con comentarios y nuevas ideas.

Entre los científicos involucrados estaba Miyoung Chun, vicepresidenta de La fundación Kavli, una de las entidades que auspiciaba el evento. La fundación Kavli financia investigaciones en las áreas específicas de nanociencia, astrofísica y neurociencia, y según Rafael días atrás había recibido una solicitud de la Casa Blanca pidiéndoles sugerencias sobre grandes proyectos científicos a emprender. “A Miyoung Chun le gustó mucho la idea del Brain Activity Map Project (BAM), nos pidió que trabajáramos el white paper con esmero para mejorarlo todo lo posible, y al cabo de unas semanas lo envió a la oficina de ciencia y tecnología de la casa blanca. A partir de entonces todo fue vertiginoso”, explica Rafael Yuste, añadiendo que “desde allí enviaron nuestro white paper a los National Institutes of Health (NIH), al Departamento de Defensa (DARPA) y a la National Science Fundation (NSF). Y cuanta más gente veía el documento, más entusiasmo se generaba”.

Rafael explica que en los últimos 12 meses, el equipo que han estado elaborando el BAM fueron convocados 7 veces en Washington DC, 4 en la misma casa blanca explicando y definiendo mejor el proyecto, y que la fundación Kavli ha organizado workshops en Santa Mónica, Washington DC y Caltech invitando a más de 100 expertos para debatir el BAM, ampliarlo, mejorarlo, perfilar objetivos y construir una hoja de ruta más detallada.

Pero la gran e inesperada sorpresa llegó el 12 de febrero de 2013, cuando durante su discurso sobre el estado de la Unión el presidente Barack Obama citó la investigación en neurociencia como ejemplo de “inversión en las mejores ideas”, y dijo literalmente que “hoy los científicos están mapeando el cerebro humano para entender los secretos del Alzheimer”. Minutos después del discurso, el director del NIH Francis Collins tuiteó “Obama menciona el #NIH Brain Activity Map en #SOTU” (State Of The Union).“Esto terminó de desbocarlo todo”, explica Rafael, “dio una nueva dimensión pública al proyecto, y desde entonces estamos preparando el posible anuncio oficial que, dependiendo de la agenda del presidente, podría ocurrir en un par de semanas”. 

Es precipitado hablar de cifras económicas y otros detalles, pero según Rafael se espera que el NIH, DARPA y NSF aporten una partida económica inicial para arrancar el BAM Project durante 2013, y se intente convencer al congreso de EEUU para que incluya el proyecto dentro de los presupuestos generales del estado a partir del 2014. “No sabemos el presupuesto total que se asignará al BAM. El proyecto genoma humano costó alrededor de 3 mil millones de dólares, y en principio el BAM debería ser mucho mayor. Lo que deseamos es que – como se hizo con el proyecto genoma humano- se incorpore en los presupuestos para que sea financiado con dinero específico sin quitarlo de otros lados de la ciencia. Esta es una preocupación”. Rafael tampoco sabe qué rol tendrá él mismo en el proyecto. “Cuando se haga el anuncio oficial, el trabajo de los 11 científicos que hemos desarrollado el BAM habrá terminado. El proyecto pasará a manos del NIH y será gestionado por ellos. Se rumorea que el propio Francis Collins podría ser su director, pero no se sabe, ni sé qué papel me pedirán que yo tenga. Lo que sí puedo decir es que todo ha fluido rapidísimo y de manera muy limpia y colaborativa desde que propuse la idea en Buckinghamshire. Es un momento histórico”, concluye Rafael con claros signos de intentar contener la emoción.

 

Cómo mapear la actividad de circuitos neuronales

En este video realizado con la técnica del calcium imaging se puede observar la actividad de unas 150 neuronas en un fragmento de 400x400 micras de la corteza visual del cerebro de un ratón, mientras está viendo un documental de nauraleza de la BBC en una pantalla.

  

Los puntos blancos son los cuerpos neuronales, que se iluminan cuando el calcio entra en las células y reacciona con el colorante con que se ha teñido esa parte del cerebro del ratón. Las dendritas y los axones no se distinguen. Es un plano en dos dimensiones, se ha realizado en un ratón vivo pero al que se le ha tenido que retirar una parte del cráneo para poder observar con el microscopio óptico de dos fotones, y la velocidad es un poco retardada porque la señal de calcio es lenta (el calcio tarda un tiempo en entrar, reaccionar con el colorante y liberarse de nuevo). La técnica de calcium imaging es muy útil, ha mejorado drásticamente en las últimas décadas, y Rafael dice “hemos llegado a registrar un conjunto de 4000 neuronas a la vez, lo cual creo que es lo máximo conseguido en el mundo”. Pero queda todavía lejos del objetivo final del BAM: mapear simultáneamente millones de neuronas en lugar de centenares, hacerlo en 3 dimensiones en lugar de en un corte horizontal, diseñar técnicas que registren la actividad a tiempos más rápidos, incrementar la resolución para poder visualizar más partes de la neurona, construir métodos microscópicos que permitan medir estos patrones de actividad neuronal de manera no invasiva a través del cráneo, y eventualmente no estudiar sólo un ratón sino comparar los patrones de actividad neuronal de una persona sana con los de otra esquizofrénica, epiléptica, con principio de Alzheimer, en pleno proceso de aprendizaje, o durante cualquier otra función cerebral normal o patológica. 

“Para esto requerimos también un descomunal potencial informático. Y además de mejorar las técnicas existentes, crear muchas de nuevas que todavía no hemos ni imaginado”, explica Rafael mostrando un gran paralelismo con el proyecto genoma humano.

Yuste pereEn realidad, para entendernos, el Brain Activity Map Project no pretende crear un único mapa de actividad del cerebro humano. El verdadero objetivo es desarrollar nuevas técnicas para que, de la misma manera que ahora se puede secuenciar un genoma humano completo por mil dólares, dentro de 15, 20 o 30 años sea factible mapear la actividad de circuitos neuronales completos a un costo asequible. De esta manera, igual que ahora en se analizan segmentos de ADN asociados a una enfermedad u otra, en el futuro un neurólogo podrá analizar y comparar la actividad normal y patológica de áreas concretas del cerebro de sus pacientes. “Y en una segunda fase, quizás poder llegar a manipular esta actividad cerebral anómala con técnicas de optogenética, optoquímica, u otras que descubramos”, señala Yuste.

Pero más allá del ámbito estricto de la medicina, el BAM nos llevará a entender mejor cómo funciona el cerebro. “En neurobiología todavía estamos en pañales”, dice Rafael, citando las limitaciones de las técnicas actuales. “En estos momentos los escáneres de fMRI nos permiten medir actividad a escalas muy grandes del cerebro, pero con poquísima resolución. Por otro lado con neurofisiología podemos rastrear neuronas individuales, pero no hay manera de ver qué neuronas concretas de un circuito cerebral se activan antes y después cuando un ratón está oliendo, un gusano moviéndose o una persona aprendiendo. Si tenemos la mínima pretensión de entender el funcionamiento del cerebro humano, necesitamos registrar esta actividad neuronal a gran resolución, escalas de tiempo de milisegundos, mapear circuitos cerebrales completos, y poder compararlos en diferentes estados funcionales”.

El BAM se enmarca dentro del reto de comprender el cerebro no sólo a nivel de sinapsis o actividad en grandes áreas, sino entender esta escala intermedia de conexiones de circuitos neuronales que todavía permanece oculta a las técnicas actuales. “El cerebro funciona por propiedades emergentes, que sólo podremos comprender viendo cómo se conectan las redes neuronales y cómo se activan de manera dinámica durante funciones específicas. Si existe algún código de actividad neuronal, lo descubriremos con el BAM”. 

Es en este punto cuando se distingue el alcance global del proyecto. Iniciativas como el proyecto Connectome o el Brainbow Project también plantean mapear el cerebro, pero desde una perspectiva estructural. Ambas iniciativas buscan crear mapas para distinguir cómo las diferentes neuronas y áreas cerebrales están conectadas entre sí, pero en realidad son imágenes estáticas que no reflejan qué está ocurriendo en dichas redes. El BAM en cambio plantear producir videos de “functional connectomics” que visualizarán la actividad neuronal a nivel funcional. Yuste explica que “con los mapas estructurales vemos fotografías estáticas de conexiones, pero lo que queremos ver es la película. En realidad son complementarias, pero si tenemos que priorizar alguna, sin duda la función es mucho más útil.”

El Brain Activity Map liderado por Yuste se dio a conocer inicialmente en la revista Neuron, y la semana pasada se publicó un pequeño resumen en Science. Todavía está sujeto a cambios, pero en principio los primeros objetivos serán medir la actividad de circuitos completos en gusanos, luego en moscas, pez cebra, ratones, primates, y en paralelo, empezar a mapear cerebros humanos. “Estamos hablando de cómo mínimo 15 años, que podrían ser 30, y eso contando con cientos de laboratorios trabajando en conjunto en todo el mundo”, explica Yuste. Si como es de esperar durante la segunda quincena de marzo la casa blanca anuncia su impulso al BAM, se convertirá en el proyecto neurocientífico más grande de la historia, equivalente a la secuenciación del genoma humano en biología, a la construcción del LHC en física, o el viaje a la luna en exploración espacial. Los autores del artículo de Science cierran con la frase “Creemos que cuando grupos apasionados y dedicados de personas se juntan para emprender estos retos tan extraordinarios, se logran grandes beneficios para la humanidad”. Algo parecido consigue el propio cerebro, conectando de manera correcta simples e inconscientes neuronas. 

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Medir conciencia y actividad cerebral durante el coma

Por: | 05 de marzo de 2013

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Tras un accidente de coche y 5 años en un estado de mínima conciencia durante el que sólo tenía movimientos espasmódicos y balbuceaba sonidos sin sentido, George abrió los ojos y empezó a hablar la noche que su madre li dio un somnífero para intentar tranquilizarle.

 

Cuando una parada cardiorrespiratoria impide que llegue oxígeno al cerebro y se produce muerte neuronal, o cuando un traumatismo cerebral rompe las conexiones entre el tronco del encéfalo, tálamo y córtex, el afectado puede entrar en un estado de coma.

Screen Shot 2013-03-05 at 8.53.51 AMDurante un estado de coma el tronco encefálico (brain stem) en la base de tu cerebro todavía está activo y se conservan las funciones básicas que mantienen el organismo vivo. El paciente respira, regula las constantes vitales y puede sobrevivir alimentándose artificialmente, pero no hay actividad en las áreas superiores del cerebro ni se expresa movimiento alguno que indique un mínimo nivel de conciencia o contacto con el mundo exterior.

Técnicamente hablando el coma sólo dura unas pocas semanas. Tras ellas se pasa o bien a un estado vegetativo idéntico al coma pero en el que sí se producen movimientos espontáneos de ojos, o a un estado de mínima conciencia en el que el paciente puede llegar a seguir a alguien con la mirada o responder instrucciones muy básicas, o dependiendo de la lesión, se recupera una conciencia plena con mayor o menor grado de discapacidad.

Todo depende en gran parte de la conexión entre el tálamo y el córtex. Si la pierdes por completo estarás en un estado vegetativo inconsciente y completamente aislado del mundo exterior. Si queda cierta conectividad se puede recuperar un mínimo de conciencia, o incluso evolucionar hasta salir del coma. “Pero el diagnóstico no siempre es tan sencillo”, me explica Andrew Goldfine durante mi visita al Burke Neurorehabilitation Center de Nueva York, quien investiga maneras de identificar cuando el paciente está más consciente de lo que suponemos, e intentar predecir cuando se podrá salir del coma y cuando no.

Andrew copyMovimientos o respuesta al mundo exterior no siempre es buen indicativo del grado de conciencia que puede tener el individuo”, me insiste Andy citándome el caso de Jean-Dominique Bauby (libro y película The Diving Bell and the Butterfly), quien tras una embolia y 20 días en coma despertó siendo absolutamente consiente de su estado pero sin poder mover un solo músculo de su cuerpo, a excepción de la capacidad de parpadear el ojo izquierdo a voluntad. Eso le ofreció la posibilidad de comunicarse con el exterior a pesar de su locked-in syndrome, pero “¿qué hubiera pasado si la embolia le hubiera afectado también a ese músculo ocular? Nunca hubiéramos imaginado que estaba consiente”, dice Andrew, añadiendo que “últimamente estamos viendo casos de gente que tienen mucho más dañado el sistema motor que el de la conciencia, y parecen menos conscientes de lo que en realidad están”. 

El locked-in syndrome se produce cuando el daño cerebral se localiza en una zona concreta detrás del cuello donde están las arterias basilares que llevan sangre al tronco encefálico. Entonces muere una parte inferior del tronco encefálico repleta de fibras responsables del movimiento, y en casos dramáticos el paciente puede –a pesar de estar consciente- quedar en un estado aparentemente idéntico al vegetativo. “Un buen neurofisiólogo será capaz de detectar las sutiles diferencias que distinguen una situación de otra, pero hay casos en que no hay manera de saberlo”, insiste Andy, citando el trabajo científico que supuso una revolución en el campo.

 

Jugar a tenis en estado vegetativo

En 2006 Adrian Owen publicó en Science el impactante artículo “Detecting awareness in the vegetative state”. Owen reclutó a varios pacientes en estado vegetativo por traumatismo cerebral, los puso bajo un escáner de resonancia magnética funcional, y a pesar de que ninguno mostraba la mínima señal de conciencia, les pidió que se imaginaran estar jugando a tenis. La sorpresa mayúscula llegó cuando en uno de ellos se activaron las áreas cerebrales asociadas a la planificación de actividad motora. Cuando después le pidieron imaginarse pasear por su casa, “el escáner reveló actividad en la misma área del hipocampo que se activaría en ti o en mi”, me dice Andrew Goldfine. “Fue muy excitante. Repitieron las pruebas y esa persona en supuesto estado vegetativo reaccionaba ante instrucciones, lo cual demostraba que era capaz de escuchar, entender el lenguaje, y elaborar una respuesta. Pero no hacer ningún movimiento”.

Tres años más tarde Martin Monti del grupo de Owen publicó un nuevo estudio en el que introdujo en el fMRI a 54 pacientes en estado vegetativo o de mínima conciencia, y observó que 5 de ellos podían también modular su actividad cerebral en función de las instrucciones llegadas del exterior. Tres de ellos habían mostrado anteriormente un limitado grado de conciencia, pero en dos de ellos la exploración clínica previa no reveló conciencia alguna. Uno de estos últimos fue capaz incluso de responder preguntas bajo el código “si quieres responder “si” piensa en jugar a tenis, y si quieres responder “no” piensa en pasear por tu casa”.  “This is scary!”, me dice Andrew, “porque sugiere que esa persona estaba consciente pero era la primera vez que se comunicaba en años”.

 

Comunicarse con actividad cerebral

Los escáneres de fMRi son carísimos y engorrosos y no resultan prácticos como elemento diagnóstico. Por eso el grupo de Andrew Goldfine y Nicholas Schiff en la Cornell University plantearon la posibilidad de utilizar electroencefalografía (registrar actividad eléctrica del cerebro) para identificar diferentes grados de conciencia más allá del movimiento.

Screen Shot 2013-03-05 at 9.09.05 AMEn la electroencefalografía o EEG simplemente se colocan varios sensores en la cabeza para registrar actividad. Es portable, se puede tener fácilmente en la habitación del hospital o en casa, y en teoría llegar a crear una interfaz con un ordenador con el que poder comunicarse. Importante: está en fase de investigación todavía.

Goldfine y Schiff han desarrollado un método parecido al de Owen donde pidieron a 20 pacientes con mínimo estado de conciencia que imaginaran estar nadando. De todos ellos, sólo en una persona con locked-in syndrome y otra en estado de mínima conciencia se detectó actividad en un área relacionada con la resolución espacial.

Ahora están perfeccionando el protocolo y ampliando a muchos más centros con “el objetivo de desarrollar métodos para detectar diferentes grados de conciencia, y eventualmente predecir quien puede despertar algún día”, dice Andrew, añadiendo el siguiente paralelismo: “antes analizábamos el estado cardiovascular viendo si a alguien le costaba subir escaleras. Ahora tenemos electrocardiogramas que nos permiten ser más precisos. Queremos hacer lo mismo con el cerebro en estados de mínima conciencia, que todavía estamos evaluando en función de interacción con el exterior”. 

Recientemente ha estallado una controversia científica importante: En 2011 Adrian Owen publicó un paper en Lancet explicando que midió la actividad EEG de 16 pacientes en estado vegetativo, y 3 mostraban signos de plena conciencia. Eso era tremendamente significativo, y sorprendió mucho al equipo de Goldfine, quienes solicitaron al equipo de Owen sus datos para reanalizarlos. Su conclusión, publicada el pasado febrero 2013 en Lancet fue que se habían equivocado, que con la EEG estaban midiendo actividad de los músculos craneales, que con un análisis más meticuloso no se veía ningún signo de conciencia, y que era un tema demasiado sensible como para dar esperanzas a familiares.

 

Moderar esperanzas

No son mitos los casos de personas que se despiertan tras varios años en coma. Andrew me cita como ejemplo a Terry Wallis quien despertó y reaprendió a hablar tras 19 años en estado vegetativo. Pero alimentar la esperanza es muy delicado, y Andrew insiste en que depende mucho de la lesión. Si el daño se ha producido debido a un paro respiratorio las neuronas del cerebro habrán muerto, y si pasados varios meses no se observa signo de mejora, la recuperación es prácticamente imposible. Lo más incierto son traumatismos cerebrales por accidentes donde el cerebro es golpeado, girado, empujado, y se rompen los axones neuronales que van del cortex al tálamo, pero no es un daño neuronal tan severo y la recuperación sí es posible. Las neuronas están todavía allí. Pasados días o semanas algunos pacientes adquieren estado de mínima conciencia, y otros llegan a hacer vida prácticamente normal. Dependiendo de la lesión, pueden quedar problemas en la formación de nuevas, trastornos de lenguaje, o cambios de personalidad. Por ejemplo Terry Wallis recordaba cosas de antes de su accidente, pero no solidificaba nuevos recuerdos y nunca reconoció a su hija de 19 años de la que su mujer estaba embarazada cuando él quedó en coma.

Andrew Goldfine recalca que no se debe depositar gran esperanza en los estados vegetativos, especialmente meses o años después de la lesión. Pero cree que los estados de mínima conciencia son neurológicamente diferentes, porque implica que alguna conexión entre áreas cerebrales sí queda, y el reto es aprender a diagnosticar no sólo a partir de la capacidad de movimiento o respuesta externa. “Mucha gente está más consciente de lo que pensamos, y debemos encontrar maneras de comunicarnos con ellos. Debido a severa disociación entre capacidad de movimiento y conciencia, es posible que se haya dejado morir a personas que estaban plenamente conscientes, o que se hubieran despertado en el futuro”, asegura Goldfine.

 

Cómo acelerar la recuperación

Screen Shot 2013-02-28 at 12.41.27 PMEn estados vegetativos hay poco a hacer. La investigación más intensa se enfoca en cómo acelerar una posible recuperación de personas con mínimo estado de conciencia, en las que las conexiones neuronales no están completamente perdidas. Aquí Andrew me señala todas las rutas por las que fluye la información de activación e inhibición entre ganglios basales, cortex anterior cingulado y prefrontal, y núcleo estriado (striatum). El striatum es un elemento clave en la conectividad de diversas zonas cerebrales, actuando como un sistema modulador. Es la que está apagada en enfermos de párkinson, demasiado activa en Hungtington, y sobre la que actúan algunos fármacos dopaminérgicas como la L-Dopa. Versiones de estos fármacos se están analizando para estimular la conectividad entre cortex y tálamo en pacientes con traumatismo cerebral. Nicholas Schiff también es conocido por utilizar estimulación eléctrica profunda para mejorar la recuperación de conciencia. Se trata de estimular la neurorehabilitación en zonas donde las neuronas y circuitos neuronales están dañadas, pero no muertas del todo.


En este sentido, lo más sorprendente llegó la noche en que la madre de George Melendez, viendo los movimientos de su hijo más alterados de lo habitual, decidió darle un fármaco para dormir llamado Ambien. A los pocos minutos George se calmó, pero para su enorme sorpresa abrió los ojos, empezó a mirar a su alrededor, y parecía interactuar visualmente con ella. Su madre continuó dándole Ambien a diario, e incluso llegó a grabar un video en que se veía la transición de un estado de mínima conciencia a llegar a responder con palabras.

Screen Shot 2013-02-28 at 8.14.20 AMLa comunidad médica estudió el caso. En concreto Nicholas Schiff puso dos veces a George en el scanner de fMRI, la primera sin somnífero en la que se observó inactividad en el cortex cerebral, y la segunda con somnífero en el que el cortex estaba claramente activo. Adrew Goldfine me explica que desde entonces siguen estudiando a George, han visto más casos de pacientes que mejoran con somnífero, y creen que se debe a que actúan específicamente en esta conexión entre tálamo y corteza cerebral.

Conocí a Schiff hace unos meses durante una mesa redonda sobre conciencia en la New York Academy of Sciences. Participaba el Nobel Daniel Kahneman, filósofos, y neurocientíficos, todos discutiendo sobre definiciones. Todos quedamso impresionados cuando Schiff se desmarcó del típico debate estéril sobre la conciencia, y explicó que él la medía, intentaba recuperarla en pacientes que la habían perdido, y tenía que decidir cuándo el esfuerzo ya no merecía la pena. El cerebro humano es fascinante. Está todo allí dentro; intrincado entre conexiones neuronales que aparecen y desaparecen. Scary…

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