Ciencia e Innovación

Gustavo Deco es profesor de Investigación de la Institución Catalana para la Investigación y Estudios Avanzados (ICREA) y catedrático de la Universidad Pompeu Fabra, institución donde dirige el grupo de Neurociencia Computacional y el Center for Brain and Cognition. En motivo del diálogo organizado por el Barcelona Knowledge Hub de la Academia Europaea en el que participó junto a Mara Dierssen, del Centro de Regulación Genómica, hablamos con él sobre el cerebro, la neurociencia, los avances hechos y los que aún están por venir.

El cerebro es una de las cosas más enigmáticas del mundo, ¿qué sabemos de él y qué nos falta por conocer?

La mala noticia es que sabemos poco del cerebro. A pesar de los siglos de investigación, la cantidad de medidas que tenemos hoy en día y las posibilidades de caracterizar el cerebro, especialmente durante el último siglo – desde Ramón y Cajal, quizás – sabemos realmente poco. La buena noticia es que sabemos por qué sabemos poco. Porque estamos tratando con un sistema extremadamente complejo. Y lo más importante es entenderlo desde el punto de vista mecanístico, es decir, por qué está y en qué forma está realizando sus funciones.

Entonces, ¿la mayor complejidad es comprender su mecanismo?

Sí. Son billones de elementos, son células complejas que tienen una dinámica que se puede describir matemáticamente por una ecuación diferencial y, al tener billones de elementos, su complejidad se multiplica muchísimo. En matemática, y lo siento por ponerme técnico…

Solo faltaría.

… representa un sistema de ecuaciones diferenciales acopladas no lineales. Es una de las situaciones más complejas en matemática. Y es la razón por la cual nos cuesta tanto entender de qué forma el cerebro realiza sus operaciones. De todos modos, alejándonos del mensaje pesimista, lo que realmente importa es que sabemos qué es lo que tenemos que investigar. Y, poco a poco, vamos entendiendo algunas características esenciales subyacentes a ese tipo de computación. Tanto en un cerebro sano como en un cerebro enfermo.

¿Y cuál crees que ha sido el avance diferencial de los últimos años?

Hay muchos. Es difícil escoger. Es como cuando te preguntan cuál es tu película favorita, hay demasiadas. Pero hay avances que a mí, subjetivamente, me han impactado. Uno son los correlatos mecanísticos subyacentes a los diferentes estados del cerebro. Por ejemplo, en sus estados de conciencia: cuando un cerebro está despierto, cuando está durmiendo, cuando está anestesiado, cuando está en coma; aparte de que sabemos que la persona se comporta de forma diferente, también sabemos que la actividad del cerebro es totalmente distinta. Incluso si el cerebro está enfermo.

Y este conocimiento, ¿qué nos aporta?

Si en vez de preguntar a una persona cómo se siente, analizo cómo se siente su cerebro, observaré la razón por la cual ese cerebro está funcionando mal. Nos da una explicación de la enfermedad, incluso de sus vías de tratamiento. Estamos todavía a los inicios de este proceso, pero se están abriendo todas esas rutas gracias al marco teórico que permite identificar los mecanismos sin basarse solamente en la observación.

¿Este cambio nos ayudará a entender mejor cómo tratar un cerebro enfermo?

Definitivamente. La psiquiatría todavía sigue operando de una forma muy empírica. Si conoces a gente que ha ido al psiquiatra o al terapeuta, el diálogo es la forma de objetivizar lo que le pasa. Es curioso porque sabemos que lo que le pasa está en el cerebro y, sin embargo, lo ignoramos. Si tienes un problema cardíaco, lo primero es medir el corazón. Además de preguntarte si te sientes agitado, analizan qué es lo que le pasa al órgano. En psiquiatría eso aún no pasa. La psiquiatría está cambiando radicalmente y yo creo que es la próxima revolución. En cuestión de pocos años, aparte de preguntarle al paciente qué es lo que subjetivamente le está pasando, le vamos a contar que el cerebro es el origen de su situación.

Así pues, la neurocomputación puede ayudar a prevenir enfermedades.

Bueno, prevenir no sé. Detectarlas tempranamente y, quizás, incluso diseñar el tipo de tratamiento que más se corresponde a cada persona. La individualización, hoy en día, es un gran tema en medicina. Especialmente en psiquiatría, ya no hay una taxonomía válida, no hay una enfermedad que se llame esquizofrenia o una enfermedad que se llame depresión. Hay una persona que tiene síntomas y hay una persona que tiene una afección al cerebro extremadamente individual. Con lo cual, lo que más interesa es entender cómo podemos ayudar a esa persona en concreto y no a un grupo de personas que tengan síntomas similares.

Y con esta personalización, ¿a través de qué mecanismos se tratarían enfermedades?

Las dos líneas más grandes de tratamiento son, o bien farmacológico, donde se interactúa a nivel mecanístico, neuronal y sináptico, o bien a través de estimulaciones electromagnéticas. La gran pregunta es si uno puede diseñar o predecir el efecto que va a provocar un determinado tratamiento farmacológico o un determinado tratamiento electromagnético. Siempre pongo un ejemplo muy banal. En los televisores antiguos, los que funcionaban con válvulas, cuando empezaban las interferencias, nos levantábamos y con un golpe seco, acababan por funcionar. Y eso es lo que se trata de hacer hoy en día con las estimulaciones.

¿Y funcionan?

Sí, pero no siempre. El sistema que tenemos, aparte de ser complejo, es extremadamente robusto. Sin embargo, a veces una ayuda electromagnética o farmacológica, pone el sistema de vuelta a su sitio. Y a día de hoy, si tenemos un plano del cerebro, en vez de darle un choque electromagnético ciegamente, podemos individualizar y proporcionar estimulación farmacológica o electromagnética donde realmente debemos hacerlo, con mayor probabilidad de estabilizarlo.

Hemos hablado de lo que está por venir. Pero, ¿qué tecnologías crees que han contribuido a los avances del conocimiento del cerebro en lo que va de siglo?

Como siempre en ciencia, el punto de partida es la observación. Y realmente ha habido un gran desarrollo en las últimas décadas en las técnicas de observación del cerebro. Desde la invención de la resonancia magnética, con la que podemos visualizar la actividad del cerebro cuando está realizando una tarea. Y el segundo gran avance tecnológico es el aprendizaje de técnicas más refinadas de computación, de lenguaje matemático. Las maneras en cómo expresar y analizar esa complejidad y, insisto, las capacidades computacionales que tenemos hoy en día, que nos permiten realizar simulaciones a nivel de todo el cerebro.

El diálogo del Barcelona Knowledge Hub de la Academia Europaea en el que participaste junto a Mara Dierssen, ponía sobre la mesa el rol de la neurocomputación, pero también el de la neurobiología.  ¿Qué aporta cada una de estas disciplinas al cerebro?

Si la neurocomputación combina conceptos y técnicas de neurociencia con la informática para estudiar el funcionamiento de la computación del cerebro humano, la neurobiología es la dimensión de observación experimental a una escala más biológica, que es absolutamente fundamental. La neurobiología nos permite observar las partes más microscópicas a nivel neuronal y entender cómo actúan cuando están realizando una determinada tarea. Eso nos permite obtener una información complementaria al marco teórico, al marco computacional.

Es decir, que de algún modo, se necesitan la una a la otra.

Absolutamente, eso es lo bonito y también lo complicado de la neurociencia. Aparte de que es un sistema complejo, es un sistema multiescala, es decir, tiene diversas escalas espaciales y temporales. Las neuronas funcionan a nivel de microsegundos, milisegundos, pero nosotros funcionamos a nivel de segundos y a veces minutos. Y eso complica su estudio, pero también lo hace más bonito. Estos extremos requieren niveles de explicación computacional y niveles de observación a todas esas escalas.

¿Qué conclusiones se pudieron sacar de esa conversación con Mara Dierssen?

Reafirmarse en la filosofía predominante de hoy en día. Por ambos lados, del lado experimental representado por Mara y del lado computacional representado por mí, de aplicar realmente estos principios tecnológicos básicos al terreno de la neurociencia. No se puede avanzar en neurociencia meramente con observaciones, no se puede avanzar en neurociencia con modelos computacionales, se necesita la sincronización activa de ambos elementos, es fundamental. Yo creo que ha sido una de las grandes revoluciones del siglo XXI, originada sobre todo por la genética y por la neurociencia, en donde al estar confrontados con sistemas complejos y con tantos datos, en algún momento nos dimos cuenta de que es necesario un marco teórico.

Gustavo, ¿qué es lo que más te apasiona del cerebro?

Quizás la robustez, es un sistema extremadamente robusto. Pueden pasar cosas terribles como un accidente cardiovascular o un tumor, que son daños irreparables y, sin embargo, el cerebro trata de compensarlos. Si lo hubiese diseñado un ingeniero, posiblemente los daños serían más catastróficos. Imagínate un ordenador que le sacas un pedazo de plaqueta, deja de funcionar, ¿no? Pues el cerebro sigue funcionando, y para mí eso es algo genial, esa robustez, que todavía no entendemos bien por qué está ahí, pero le da un carácter al cerebro que es único y envidiable desde el punto de vista de ingeniería. Es uno de los temas que más me sorprende y que menos entiendo, esa integridad del

cerebro ante ataques externos.

Y mirando hacia el futuro, ¿qué descubrimiento supondría una revolución de conocimiento?

Una teoría. Curiosamente, todavía no existe una teoría del cerebro. De hecho, yo vengo originalmente del estudio de la física. Hice mi primer doctorado en física cuántica. Pese a mi fascinación por esta ciencia y su complejidad, siempre tenía la sensación de que era relativamente aburrida. Los años geniales de la cuántica fueron entre el 1923 y el 1925. Sentía lástima por no haber estado en esa época donde los grandes físicos descubrieron todo. Descubrieron la cuántica, la formalizaron, y nos dejaron los problemas complejos pero aburridos. Creo que ahora estamos en esos años de descubrimiento de la neurociencia y me encantaría poder contribuir en la formalización de una teoría. Aproximada, por supuesto, no va a ser exacta. Pero sería increíble poder estar rodeado del Newton o el Kepler de la neurociencia.

¿Crees que este tipo de genios tenían un cerebro diferente al resto?

No lo sé. Te puedo responder informalmente, no como neurocientífico, ya que no existe una evidencia. Pero desde la informalidad, sí. Posiblemente su cerebro tenga una forma de integrar o segregar información que es muy particular y que otras personas no tienen. Pero no hay evidencia de eso. Es difícil de analizar porque tampoco hay tantos genios, con lo cual, es muy difícil de descubrir.

Tengo el cerebro exprimido después de esta conversación. ¡Intenso pero fascinante!

El cerebro es apasionante y lo mejor es que estamos en una época apasionante. Sabemos los ingredientes para conocer su complejidad, pero todavía no hemos encontrado la solución. Creo que cuando lo conseguimos tendrá un gran impacto social. No solamente en el ámbito clínico, creo que en muchos aspectos. En la justicia, las leyes, en la educación. Entender el cerebro tendrá impacto en todos los ámbitos sociales, incluso de la vida. Y eso también es extremadamente apasionante.