A hombros de gigantes

Escrito por pabloripolles 27-11-2014 en ciencia. Comentarios (0)

Esta entrada participa en la I edición del Carnaval de Neurociencias

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Sí, lo se. Lo de A hombros de gigantes está ya muy visto. Pero no porque esté muy usado, deja de ser válido. Para los despistados, el título de este post hace referencia a una frase que hizo famosa Sir Isaac Newton: "Si he logrado ver más lejos, ha sido porque he subido a hombros de gigantes". Gigantes construidos a través de pequeños y pequeños avances científicos acumulados a lo largo de la historia. También es el lema de Google Scholar (el buscador de Google especializado en revistas científicas). Y es que esta frase me viene perfecta para contestar la pregunta propuesta para el primer neurocarnaval: ¿para qué sirven las Neurociencias?

Hace un par de semanas salieron los resultados de 2013 del gasto en I+D de la Europa de los 28. El resultado no puede ser más desolador: mientras que la media de gasto de la UE está en el 2.02% del PIB, el de España baja hasta el 1.24%. Lo peor del asunto es que es el tercer año consecutivo en el que España acumula una bajada en el porcentaje del PIB gastado en I+D (del 1.40% de 2010, pasamos al 1.36% en 2011 y el 1.30% en 2012). Y todo esto mientras Alemania invierte el 2.94% y EEUU el 2.81%. Os preguntareis por qué hablo de porcentajes de gasto en un post sobre la utilidad de las neurociencias. La respuesta es sencilla: la ciencia en España se está muriendo. Ahora más que nunca, es el momento de recordarle a la gente para qué sirve la I+D. Recortar en ciencia es muy fácil. Para el político cortoplacista que solo piensa a 4 años vista todo son ventajas. Bajar el presupuesto en I+D no tiene efectos inmediatos y los investigadores (o proyectos de investigador como yo) no conseguimos hacer demasiado ruido. El problema lo tendremos en diez o quince años, cuando la falta de gasto en investigación nos haya dejado aun más a la cola de la innovación en Europa. Me pregunto como saldremos de la crisis si no apostamos por el know how. Porque lo que tiene mayor valor en el mundo es el conocimiento, no el ladrillo. Y mientras se recorta en ciencia, mientras se condena a los jóvenesy no tan jóvenesinvestigadores al exilio (no, no es fuga de cerebros, es un exilio) los escándalos de corrupción se suceden. Solo con lo que se llevaron con las tarjetas black se hubiesen podido financiar alrededor de 250 contratos de 4 años FPU (formación de profesorado universitario) como el que disfruto yo. Por desgracia, en este país la meritocracia no funciona. No están los mejores, sino los mejores colocados. Y así nos va. Es lo que tiene vivir no a hombros de gigantes,sino a hombros de maleantes. Es por eso que iniciativas como este carnaval de Neurociencia son tan necesarias: los ciudadanos tienen que saber lo importante que es la investigación. Si con esta iniciativa conseguimos que la gente entienda no solo para qué sirven las Neurociencias, sino la ciencia en general, quizás los ladrones al mando de este país se lo piensen dos veces a la hora de recortar. Quizás, y solo quizás, consigamos reanimar la ciencia española. 

Me dedico a la ciencia básica, lo que implica que mi trabajo tiene poca aplicación práctica (salvo excepciones) a corto plazo. Sin embargo, hoy quiero contaros algo en lo que trabajé por primera vez al llegar a mi laboratorio en verano de 2010 y que actualmente se aplica en el día a día de cierto hospital de Barcelona. Pero para poder contaros esto, primero tendré que llenar los cuerpos de nuestros gigantes con un poco de conocimiento. Sino, no seremos capaces de ver nada desde sus hombros. Quiero hablaros un poco de lo que hoy se conoce como resonancia magnética funcional (fMRI en sus siglas en inglés). Cuando estamos realizando una tarea en concreto, la actividad neuronal de las partes de nuestro cerebro encargadas de llevarla a cabo se ve incrementada. Y es este incremento en la actividad neuronal el que produce a su vez un aumento en el nivel de glucosa y oxígeno que estas áreas consumen. Nuestro cerebro, al igual que nuestros músculos, necesita energía para funcionar. Y la fMRI nos permite medir estos cambios en la oxigenación de la sangre cerebral. Resulta que las propiedades magnéticas de la hemoglobina varían dependiendo de si ésta transporta oxígeno o no. Esto dio lugar al desarrollo de la señal BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent), que nos permite detectar en qué áreas del cerebro hay un aumento del flujo sanguíneo y, por tanto, de la actividad neuronal. Vamos, que nos permite ver que áreas del cerebro usamos, hablando en plata. Fue por primera vez en 1992 cuando los primeros trabajos demostrando la utilidad de la señal BOLD fueron publicados por diferentes laboratorios de EEUU. En los últimos 20 años, algo que empezó con unas pocas publicaciones, se ha convertido en toda una industria. La fMRI se utiliza en miles de laboratorios de todo el mundo para mapear las funciones cerebrales. Para saber qué área hace qué en nuestro cerebro. Pero la cosa no se queda ahí: miles de hospitales también usan la fMRI para identificar patrones anormales de activación cerebral en pacientes. O para tomar decisiones sobre cómo proceder ante ciertas enfermedades. Por ejemplo, existen pacientes que sufren epilepsia refractaria. Esto significa que sus crisis epilépticas no se pueden controlar con fármacos, provocándoles ataques continuos, incluso hasta varias veces al día. Cuando la situación se vuelve insostenible,  se toma la decisión de operarles para extraerles el foco epiléptico. En el caso de la epilepsia del lóbulo temporal, lo normal es que el neurocirujano extraiga el complejo hipocampal-amigdalino donde reside el foco de la epilepsia. La buena noticia es que en el 80% de los casos las crisis desaparecen. La mala es que muchas veces, la operación acarrea una serie de déficits cognitivos. Por ejemplo, cuando el hemisferio izquierdo es el afectado, suelen aparecen déficits de lenguaje (hay que recordar que aproximadamente el 95% de las personas diestras tienen el lenguaje localizado en el hemisferio izquierdo). La decisión que deben de tomar los pacientes en conjunto con sus médicos es muy dura, ya que si se operan existe riesgo de que su lenguaje quede afectado. Pero sino lo hacen, seguirán teniendo crisis de por vida. 


                                               Esquema de una resonancia magnética convencional

                            Esquema de una resonancia magnética convencional (Wikispaces)


Antes he dicho que el 95% de las personas diestras tienen el lenguaje localizado en el hemisferio izquierdo. En las zurdas ese porcentaje baja hasta el 70%. Pero es que además nuestro cerebro es plástico. A veces, después de sufrir un daño en un área particular, otras zonas son capaces de recuperar las funciones perdidas. Y resulta que los pacientes con epilepsia del lóbulo temporal izquierdo muestran patrones atípicos de lateralización del lenguaje: el porcentaje de pacientes diestros con el lenguaje lateralizado en el hemisferio derecho o compartido entre los dos hemisferios es mucho mas alto que en sujetos sanos. Parece pues, que su cerebro intenta compensar el daño en un hemisferio, usando más el otro ¿Cómo saber entonces si el área que vamos a extraer es importante? Es en este tipo de casos donde la fMRI ayuda a los neurólogos, neurocirujanos y pacientes a tomar decisiones. Si somos capaces de localizar el lenguaje en el cerebro, de saber si un paciente usa mas su lado izquierdo o derecho, podremos tomar mejores decisiones sobre el riesgo que va a llevar la cirugía. Además, hay que recordar que la resonancia magnética funcional es un método no invasivo (solo usa ondas magnéticas y de radio) y que por lo tanto no es dañino para la salud (como si lo pueden ser otras técnicas de imagen que usan radiación ionizante). Y esta es sólo una de sus aplicaciones. Unos pocos artículos publicados en 1992 han dado lugar a toda una industria: se han creado revistas específicas que tratan sobre el mapeo de las funciones cerebrales por resonancia magnética, han aparecido nuevos perfiles profesionales especializados en este tipo de técnica, se han desarrollado resonancias magnéticas diseñadas para conseguir un mejor contraste BOLD... ¿Cuantos avances se han conseguido?¿Cuantos puestos de trabajo se han creado?¿Cuantas personas se han visto beneficiadas?¿Cómo calcular el retorno a la sociedad y a la economía de algo que comenzó con unas pocas publicaciones? La ciencia siempre devuelve mucho mas que lo que cuesta. Siempre.

Por todas estas razones un hospital con el que mi laboratorio colabora estaba muy interesado en poder hacer fMRI. Así fue como en mis primeros meses como el proyecto de investigador que soy, formé parte de un equipo que se encargó de poner a punto un protocolo de fMRI. Y aunque la cosa acabó bien, no dejó de tener sus momentos cómicos. E incluso épicos. Me explico. Para poder hacer fMRI necesitas, además de un resonancia magnética con la secuencia BOLD adecuada, un equipo que te permita comunicarte y estimular al paciente que está dentro de la resonancia. Normalmente se necesitan unos auriculares con micrófono para que la persona que esté dentro de la resonancia pueda comunicarse con los técnicos de fuera y además pueda recibir estímulos auditivos. También se necesita que el paciente sea capaz de recibir estímulos visuales.  Para ello se usan una especie de gafas o un sistema de espejos combinado con un proyector por el que el paciente, pese a estar colocado mirando hacia arriba, ve la pantalla de un ordenador.  El problema es que una resonancia es, básicamente, un imán muy potente. Por lo tanto, todo el material que esté dentro necesita ser no metálico, lo que aumenta mucho los costes. Si acercamos demasiado algún material metálico a la resonancia, este se verá atraído hacia ella con una fuerza enorme a causa de su enorme campo magnético. Evidentemente, en 2010 en plena crisis, el hospital no se iba a gastar un montón de dinero en comprar un equipo para hacer fMRI sino estaban seguros de que realmente se podría llevar a cabo. Y aquí es donde entramos nosotros. Para demostrar que se podía hacer fMRI diseñamos una prueba muy sencilla para activar áreas relacionadas con el lenguaje. Básicamente, la prueba consistía en generar palabras mentalmente (si las palabras se pronunciaran, los participantes moverían la mandíbula y esto provocaría distorsiones en las imágenes por culpa del movimiento). Así, durante 30 segundos, la persona dentro de la resonancia tenía que estar produciendo mentalmente todas las palabras que se le ocurriesen que comenzasen por S, por ejemplo. Esto es lo que se llama bloque de activación. Después de este bloque, la persona debía relajarse, de no pensar en nada en concreto, durante otros 30 segundos. Este tipo de bloques son conocidos como bloques de rest. En nuestro paradigma, este proceso se repetía 7 veces seguidas, generando en cada uno de los bloques de activación diferentes palabras (palabras que empiecen por una determinada letra o que estén dentro de una misma categoría, por ejemplo, animales). Y todo esto lo teníamos que hacer sin el material adecuado.  No teníamos proyector ni gafas, así que no podíamos avisar a la persona que estuviese realizando la prueba de cuando comenzar a generar palabras mediante estímulos visuales. Tampoco teníamos auriculares para poder comunicárselo vía auditiva. Por suerte, dentro de la sala donde estaba la máquina, había un altavoz por el que el técnico de resonancia podía hablar. El único problema es que la resonancia mete un ruido de mil demonios, y ese altavoz no se oía prácticamente nada. Cuando se usan auriculares, muchas veces estos tienen tecnología para la cancelación del ruido externo, con lo que el sonido de la resonancia se convierte en un problema menor.  Nosotros teníamos un altavoz en el techo. Y sin embargo, ese altavoz era nuestra única oportunidad de comunicar de alguna manera al que estuviese dentro de la máquina qué hacer y cuando hacerlo. Pese a que las condiciones estaban muy lejos de ser las ideales, nos decidimos a hacer una prueba.



fMri

A la izquierda, una resonancia magnética moderna (Wikimedia Commons). Se pueden ver, colgando de la parte izquierda de la máquina, unos auriculares compatibles con el campo magnético. A la derecha, un ejemplo de gafas para el visionado de estímulos visuales dentro de la resonancia (NordicNeurolab)


Yo, que era el nuevo y nunca me había hecho una resonancia, me ofrecí como conejillo de indias (recordad que la resonancia no es perjudicial para la salud, no emite radiación). Lo que viene a continuación es digno de una película de los hermanos Marx. Allí estaba yo, tumbado boca arriba dentro de la resonancia, intentando entender lo que me decía el técnico a través de un altavoz colgado en el techo del que no se oía prácticamente nada.  Aun recuerdo al pobre técnico gritando con todas sus fuerzas: "PIENSA EN ANIMALES" (que yo como mucho entendía "...ALES" ). Y yo, ale a generar nombres de animales mentalmente. Hasta que el técnico, 30 segundos después y una vez más dejándose la voz, gritaba "RELÁJESEEEEEEEE". Y entonces yo paraba de generar palabras...hasta el nuevo grito. Si no fuese porque me sabía el paradigma de memoria y solo tenía que generar nombres y parar con cada grito del técnico, me hubiese sido imposible saber que hacer. Pese al surrealismo de la escena y lo precario del asunto, conseguimos nuestro objetivo: al comparar la activación cerebral de los bloques en los que yo iba generando palabras  con los bloques en los que descansaba, la clásica red de lenguaje (lateralizada a izquierdas e incluyendo el giro inferior frontal y partes del lóbulo temporal) apareció activa. Unas semanas después replicamos el experimento con los mismos resultados y la dirección del hospital quedó convencida. Finalmente compraron todo el material necesario para poder hacer fMRI de una manera apropiada. Como Newton manda, vamos. Más tarde, una buena compañera mía siguió trabajando con el equipo del  hospital para perfeccionar los paradigmas de fMRI. Y en la actualidad, cientos de pacientes se han y se siguen beneficiando de las ventajas que proporciona el mapeo de las funciones cerebrales mediante resonancia magnética. El hospital y los pacientes salieron ganando. Y nuestro grupo de investigación también: gracias esta colaboración ya publicamos un artículo en 2013 sobre bilingüismo y hay más estudios en preparación. Fue, claramente, una win-win situation.



Mi Activación cerebral

Áreas cerebrales activas mientras yo generaba palabras nuevas. En las dos primeras (vistas sagitales) se puede observar el incremento de la activación neuronal en el giro inferior frontal y en partes de lóbulo temporal izquierdo. En la tercera se ve claramente (vista axial) como la activación está muy lateralizada a la izquierda. Para mostrar estas imágenes he usado una plantilla anatómica, pero las activaciones que veis son realmente las mías.  


Quiero recordar que todo esto surgió fruto de una colaboración entre un grupo de investigación básica en neurociencias y un hospital. Para que luego digan que la ciencia básica no sirve. Siguiendo con citas de científicos ilustres, dicen (puede que sea una leyenda urbana, pero no me puedo resistir a contarla) que hará más de 150 años un ministro inglés le preguntó a Michael Faraday para qué servía la electricidad, después de que éste le explicase lo que era. La supuesta contestación de Faraday no tiene desperdicio:"Sir, un día podrá usted gravarla con impuestos". Y con la ciencia, y en este caso, con la neurociencia, esto siempre se cumple. ¿Conocen la teoría del caos? La que dice que dado un cierto tipo de sistema, una mínima perturbación inicial puede provocar un cambio enorme en un pequeño plazo de tiempo. O como lo explicaba Jeff Goldblum en Jurassic Park: Una mariposa mueve las alas en Peking y en Central park llueve en lugar de salir el sol. Me gusta pensar que en la Neurociencia, la teoría del caos también se cumple: en 1992 unos científicos en EEUU miden por primera vez los cambios en la oxigenación cerebral mediante una técnica no invasiva y 20 años después los pacientes de cierto hospital de Barcelona se benefician de ello. Para esto, señoras y señores, para esto sirven las Neurociencias. 

Espero que con este post quede un poco más claro que la ciencia, a la larga, siempre devuelve mucho más de lo invertido. La acumulación de conocimiento, el saber por saber, siempre acaba llevando a grandes avances. Muchas veces oigo a la gente decir que lo que marca la diferencia entre nosotros y el resto de animales es el lenguaje. Yo creo que son las ganas de aprender, de descubrir. Esa curiosidad que ha empujado a la humanidad mas allá de sus límites durante miles de años. Esa búsqueda insistente del por qué y del cómo de las cosas, que nos hace avanzar a hombros y pasos de gigantes. ¿Cómo no vamos a querer saber cómo funciona nuestro cerebro? ¿O de que está hecho un cometa? ¿O cuáles son las posibles (parece que infinitas) aplicaciones del grafeno? Tengo 28 años y trabajo en un campo que ni si quiera existía cuando nací. Me pregunto en qué trabajaré el día que me muera. Hace 30 años ni si quiera podíamos soñar con medir la actividad cerebral. ¿En qué soñaremos de aquí a cien? Y es que la humanidad siempre ha sido aventurera. Ante todo somos exploradores. En Neurociencia, aunque hemos avanzado mucho, seguimos sabiendo muy poco. Lo mismo nos pasa con la exploración espacial. Hemos llegado tan lejos, pero nos quedan tantos mundos por descubrir... En ambos casos estamos comenzando un viaje que nos puede llevar a lugares, a avances, que ahora ni siquiera podemos imaginar. Sabemos donde empezamos, y no tenemos ni la más remota idea de donde acabaremos. Somos Colón zarpando en sus naves hacia América. Somos la sonda Philae cayendo lentamente sobre el cometa que persiguió durante diez años. Somos la nave Voyager 1 adentrándose por primera vez en el espacio interestelar.  Me gusta pensar que, al igual que el universo que nos rodea, la mente humana es un tablero de juego inmenso del que solo hemos explorado la casilla de salida. Así que, ¿qué me decís?

  ¿Tiramos los dados?