El grueso de este número de Ciencia Hoy está dedicado a las neurociencias, un conjunto de disciplinas que procuran comprender e interpretar con diversas aproximaciones y técnicas el funcionamiento del sistema nervioso, en particular el del cerebro humano.
La investigación en estas disciplinas ha crecido en forma explosiva en las últimas décadas. Hoy abarca desde temas clásicos, entre ellos las enfermedades conocidas como neurológicas y psiquiátricas (una distinción discutible), hasta otros más novedosos vinculados con la enseñanza, el lenguaje, la música y aspectos diversos de nuestras vidas que influyen en, por ejemplo, nuestra responsabilidad ante la justicia y en cómo tomamos decisiones en el ámbito cotidiano o laboral. Las neurociencias estudian la acción de moléculas, genes y células en el funcionamiento del cuerpo, en la conducta, en las emociones, en el aprendizaje, etcétera, y su relación con enfermedades que los alteran.
Las neurociencias se han expandido tanto impulsadas por la innata curiosidad que motiva a buena parte del esfuerzo científico en cualquier disciplina, como por el propósito médico y social de prevenir y tratar las nombradas enfermedades. Hay que tener en cuenta que el peso económico soportado por la sociedad a causa de ellas es marcadamente mayor que el impuesto por el cáncer o por las dolencias cardíacas, y asciende en países desarrollados al orden del 35% del gasto total en salud.
Desde siempre los seres humanos han procurado saber qué llevan dentro del cráneo. Entendieron muy pronto la relación entre cerebro y dolor de cabeza, pero por muchos siglos y en largas discusiones filosóficas se inclinaron por pensar que el corazón era el centro de las emociones y de la inteligencia. En el siglo XVII Descartes (sobre la base de argumentos que hoy desecharíamos) relacionó el cerebro con los reflejos y la vista. Desde entonces, a fuerza de observaciones y experimentos fue quedando en evidencia que las emociones, la inteligencia e incluso la afectividad están íntimamente ligadas al funcionamiento del cerebro, a pesar de que, por tradición cultural, dibujemos un corazón para expresar nuestros sentimientos.
El desarrollo de la microscopia óptica abrió el camino para las neurociencias modernas, cuyo punto de partida se tiende a ubicar en el trabajo precursor de figuras como el español Santiago Ramón y Cajal (1852-1934) y el inglés Charles Scott Sherrington (1857-1952). A ambos se deben las bases de la teoría neuronal, postulada a principio del siglo XX, según la cual ciertas células discretas llamadas neuronas serían las unidades estructurales y funcionales del sistema nervioso. A ella se contraponía en ese tiempo la teoría reticular, sostenida por el italiano Camillo Golgi (1843-1923), según la cual el sistema nervioso sería una red o retícula continua. Es curioso constatar que Cajal y Golgi compartieron el premio Nobel de medicina de 1906 por sus estudios sobre la estructura del sistema nervioso, en los que, sin embargo, arribaron a teorías parcialmente divergentes. La separación entre neuronas sostenida por el primero en contraposición con la continuidad postulada por el segundo fue finalmente demostrada en la década de 1950 con la aparición de la microscopia electrónica, constatación en la que intervino uno de los pioneros de las neurociencias rioplatenses, Eduardo De Robertis (véase en este número el artículo ‘Búsqueda de nuevas terapias para el mal de Alzheimer’, que incluye su fotografía).
El cerebro es el órgano más complejo de los seres vivos. Está conformado en los humanos por unas cien mil millones (1011) de neuronas y una cantidad no definida pero igualmente galáctica de células gliales (véase la nota ‘Células gliales. ¿Servidoras de las neuronas o compañeras de equipo?’), ambas concentradas en una masa de alrededor de 1,5kg. Las neuronas están compuestas principalmente por un cuerpo del que parten prolongaciones denominadas axones y dendritas. Hay en el cerebro unos 10km de esas prolongaciones, que permiten el contacto entre neuronas y conforman las redes neuronales.
Sabemos bastante sobre dónde están ubicadas las neuronas y sobre sus decenas de tipos morfológicos, pero poco sabemos de sus conexiones, un tema que está siendo atacado por estudios actualmente en curso en diversos laboratorios del mundo, los cuales procuran trazar un mapa detallado del cerebro del ratón y en el futuro pasarán a hacerlo del cerebro humano.
También conocemos con bastante precisión que las neuronas transmiten información por impulsos eléctricos llamados potenciales de acción, los cuales se propagan a lo largo de los axones y, en los puntos de conexión entre neuronas, inducen la liberación de sustancias químicas llamadas neurotransmisores. Tales sustancias, a su vez, generan un nuevo fenómeno eléctrico en la neurona que sigue, y así sucesivamente (véase en este número la nota ‘Cómo advertimos lo que se nos viene encima. Neuronas detectoras de colisiones’). Este lenguaje electroquímico es la base de su funcionamiento del sistema nervioso de una enorme diversidad de animales.
Así, al leer el presente texto el lector percibe las letras impresas sobre el papel (o en la pantalla de su computadora) mediante los fotorreceptores de su retina. Estos emiten impulsos eléctricos que inician un proceso como el explicado, el que hace llegar a los centros cerebrales la información mediante la cual comprenderá nuestro discurso (véase en este número la nota ‘Percibir la luz proporciona más que visión a los animales’).
El descubrimiento de lo descripto se realizó al ritmo del desarrollo de la microscopia, de la bioquímica y de la electrofisiología, y hace ver que, de alguna manera, la historia de las neurociencias es la historia de sus métodos. Los estudios sobre las propiedades de las neuronas individuales y su capacidad de transferir información entre ellas dominó la experimentación durante el siglo XX, pero a pesar de los enormes avances realizados no se logró establecer una teoría general de la función cerebral que permita explicar los fenómenos comportamentales o cognitivos. Es posible que ello se deba a que la mirada se concentró en las neuronas tomadas individualmente.
En consecuencia, el siglo XXI intenta obtener una nueva visión del sistema nervioso, que se base en los circuitos neuronales, cuyo funcionamiento y propiedades no pueden identificarse por el exclusivo estudio de las neuronas individuales. El sistema nervioso y en particular el cerebro necesitan ser vistos como una compleja red formada por células interconectadas, la que tiene dos funciones. La primera se refiere a las relaciones del animal con su ambiente, el que incluye tanto el entorno físico como otros animales, es decir, el entorno social. La segunda está orientada a regular los procesos fisiológicos del cuerpo como la temperatura, la respiración, etcétera.
Para ejercer esas funciones el cerebro cuenta con una capacidad computacional de enorme potencia, que realiza millones de cálculos por segundo. La mayor parte del tiempo el cerebro recibe información insuficiente y ambigua, y para poder operar la combina con otra que ya tiene. Sin que seamos conscientes de ello, codifica y procesa en forma continua la información del mundo exterior y transforma nuestros circuitos cerebrales en modelos internos de ese mundo. Tales modelos le permiten predecir lo que va a ocurrir y contrastarlo con lo que realmente sucede, y explican que podamos cerrar los ojos e imaginar despiertos o soñar dormidos escenarios que reproducen las características del mundo exterior.
Estos nuevos conceptos sobre el funcionamiento del sistema nervioso pueden hoy ser analizados experimentalmente recurriendo, por ejemplo, a animales que poseen sustancias fluorescentes cuya emisión resulta alterada con la actividad neuronal. La implantación en la cabeza de esos animales de minúsculos sensores de alta sensibilidad permite registrar durante varios días los cambios de la fluorescencia de cientos de neuronas. Tales métodos experimentales, complementados con los estudios no invasivos del cerebro humano en actividad, han sido fundamentales para estrechar la brecha entre concepciones reduccionistas de la conducta humana, en cuyos extremos polares están una que solo considere la faz biológica del sistema nervioso, contrapuesta a otra que solo enfoque aspectos psicológicos y cognitivos.
La posibilidad de detectar la activación de áreas cerebrales ante determinados estímulos ha generado una expectativa creciente acerca de la capacidad de la ciencia de arrojar luz sobre cuestiones tan intrigantes como el origen de los sentimientos, de los comportamientos y de la conciencia en uno mismo. Sin embargo, en el presente las neurociencias son un conjunto de hechos y datos, semejantes a los naipes de un juego cuyas reglas solo conocemos en forma parcial, de suerte que ignoramos si tenemos en la mano las cartas que más valen y cómo nos conviene jugarlas. Las neurociencias de hoy son ricas en datos, pero necesitan enriquecerse en hipótesis que nos permitan interpretarlos.
Preparación histológica de Ramón y Cajal de una neurona cortical de ratón y la reconstrucción por computadora de su imagen. Copyright 2006 por la Sociedad de Neurociencias y el Instituto Cajal (http://www.cajal.csic.es/).
Dibujo de células del cerebelo realizado por Camillo Golgi, 1883.
De todos modos, como lo muestran los artículos de este número de Ciencia Hoy, estamos acercándonos a ritmo vertiginoso a responder a ciertas preguntas, como la forma en que se genera una reacción motora, o se adquiere y retiene una destreza singular o se forma, guarda, evoca y consolida la memoria, las que hoy tienen respuestas basadas en convincentes pruebas experimentales.
Los artículos que siguen constituyen una muestra del aporte a encarar este gran desafío realizado por los científicos locales, quienes integran una comunidad que se ha expandido en forma exponencial en la última década. Formados en el país y en el extranjero, han creado laboratorios con novedosas líneas de investigación y dado gran impulso a la disciplina.
Conste, por último, que el número de artículos reunidos excedió la capacidad de esta edición, por lo que los publicados solo proporcionan una imagen parcial de la investigación en neurociencias en estas tierras. Las contribuciones que no se pudieron incluir en este número saldrán en entregas futuras.
Osvaldo Uchitel
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