Circuitos corticales y cognición: el proyecto "Cajal Blue Brain"

El día 11 de Noviembre de 2010, a partir de las 18.00 h., tendrá lugar en la sede del Ilustre Colegio Oficial de Médicos de Madrid (C/Santa Isabel, 51, aula "Gregorio Marañón"), la Jornada "Circuitos corticales y cognición: el proyecto "Cajal Blue Brain"".

El proyecto "Cajal Blue Brain" es uno de los principales retos en los que, actualmente, está embarcada la investigación científica internacional y de nuestro país. Dicho proyecto busca, a través del estudio de la microanatomía de las columnas corticales del cerebro, simular su actividad mediante el uso de supercomputadores, permitiendo así obtener numerosas aplicaciones en Biomedicina. En esta Jornada, destacados investigadores expondrán las bases del mismo y se realizará una visita al aula museo "Ramón y Cajal" del Ilustre Colegio, en homenaje al Premio Nobel y fundador de la Neurociencia moderna. Allí departirán gustosamente con el público asistente, enseñándole los manuscritos y el instrumental del gran científico aragonés.

Damos las gracias desde aquí a todos los participantes por su amable y cálida acogida a la idea de organizar esta Jornada, en especial, a Javier DeFelipe, Director Académico de la misma y que, con prontitud, se mostró receptivo y con su habitual entusiasmo. José María Peña, codirector del proyecto, también se puso en marcha enseguida y ha aportado una importante labor de difusión a través de su Departamento de Informática de la Universidad Politécnica de Madrid.

El profesor Gonzalo León Serrano, Vicerrector de Investigación de la Universidad Politécnica de Madrid, muy pronto nos honró aceptando la invitación del profesor DeFelipe para presentar la Jornada. Pilar Flores Romero es el alma de la gestión del proyecto y los investigadores que colaboran con DeFelipe, también merecen nuestro agradecimiento; en concreto, Ana introdujo los datos en el sistema gestor de la Comunidad de Madrid, que anuncia la Semana de la Ciencia.

Manuel Martín-Loeches, recibió la invitación de Javier DeFelipe y, desde sus amplios conocimientos sobre evolución humana, aportará el puente de conexión con la Paleoneurociencia. José Luis Muñiz, del CIEMAT, supondrá el gozne de unión entre la Neurobiología y la Física, con toda la enorme gama de posibilidades ofrecidas por la Física atómica para el diseño de instrumentos de neuroimagen. Fernando Maestú, director de la sección de Neurociencia Computacional del Centro de Tecnología Biomédica, contribuirá con sus investigaciones y las de su equipo, líderes mundiales en técnicas de estudio de la conectividad cerebral, mediante el uso de la Magnetoencefalografía. Esperamos que también pueda participar Kostadin Koroutchev, gran creador de algoritmos computacionales y que, ahora mismo, está realizando una estancia de investigación en Japón. Finalmente, el autor de este blog coordina todo este esfuerzo.

Agradecemos también el apoyo institucional recibido. De una forma u otra, bien sea por aportación directa, bien porque sus investigadores participan en la Jornada, destacamos al CSIC, a la Fundación Banco Santander, a la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y, en especial, su Dpto. de Informática y el Vicerrectorado de Investigación, a la Universidad Complutense de Madrid (UCM), al Instituto de Salud Carlos III (ISCIII), al CIEMAT y a la Real Sociedad Española de Física (RSEF), al CESVIMA, la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), la Comunidad de Madrid (madrid i+d) y al Ilustre Colegio Oficial de Médicos de Madrid (ICOMEM).

Esperamos y deseamos que asistáis a esta Jornada y que, con vuestros conocimientos y vuestras opiniones expresadas con la máxima libertad, os sintáis participantes de este proyecto. Nos enriqueceremos y aprenderemos todos. A continuación inserto el programa:

PROGRAMA

Jueves 11 de Noviembre

18.00 h. Presentación a cargo de Pilar Flores Romero (CESVIMA-Gestora del proyecto) y Gonzalo León Serrano (Vicerrector de Investigación de la UPM).

18.15. h. Ponencia 1: Manuel Martín-Loeches (UCM-ISCIII)

18.45 h. Ponencia 2: Javier DeFelipe (Instituto Cajal-CSIC, UPM-Codirector del proyecto).

19.30 h. Ponencia 3: José María Peña (UPM-Codirector del proyecto).

20.00 h. Visita al aula "Ramón y Cajal" (ICOMEM).

20.30 h. Mesa redonda

Intervienen: Fernando Maestú (CTB y UCM), José Luis Muñiz (CIEMAT y RSEF), Kostadin Koroutchev (UAM), José María Peña (UPM), Manuel Martín-Loeches (UCM e ISCIII), Javier DeFelipe(Instituto Cajal-CSIC y UPM). Presenta y modera: Carlos Pelta (UCM).

"Computational Modeling Methods for Neuroscientists"

Editado por Erik De Schutter y publicado por MIT Press, acaba de ser publicado en 2010 el libro "Computational Modeling Methods for Neuroscientists". Consta de 13 capítulos y de un valioso apéndice en el que se comenta el software más actual disponible para todos aquellos que deseen entrar en el mundo de la simulación computacional de las neuronas y las redes neuronales. El libro destaca no sólo por su actualidad sino también por no exigir una especial formación matemática o informática. Su voluntad introductoria se refleja muy bien en el primer capítulo, que es una presentación por parte de Ermentrout y de Rinzel de los fundamentos del cálculo diferencial, destacando las 10 páginas-un tercio de la extensión del capítulo-dedicadas a exponer los rudimentos de los sistemas dinámicos no lineales, algo muy de agradecer, dado el papel fundamental de los mismos en la modelización de la dinámica neuronal. El capítulo siguiente es un "must be" para cualquiera que se dedique a la simulación computacional porque atañe a la búsqueda de los parámetros adecuados. En innumerables ocasiones es fácil que "los árboles no nos permitan ver el bosque" y, por lo tanto, que nuestras simulaciones sean excesivamente simplifcadoras o, por el contrario, que intenten abarcar muchos más aspectos de los que, en realidad, pueden dar de sí. Llama la atención el amplio parágrafo dedicado al análisis de los parámetros aportados por los trazos electrofisiológicos, sin faltar referencias a ámbitos tan punteros como los algoritmos evolutivos. El capítulo tercero está dedicado al clásico entre los clásicos de la modelización neuronal: el modelo de reacción-difusión en el que el flujo de calcio y los receptores glutamérgicos NMDA y sus antagonistas AMPA, tienen mucho que decir. Precisamente, de la dinámica del flujo del calcio intracelular se ocupa en detalle el capítulo cuarto, escrito por el editor del libro, para dar paso, en el siguiente capítulo, a una detallada exposición del mítico modelo Hodgkin-Huxley de potenciales de acción de la membrana celular. Las ecuaciones diferenciales formuladas por estos dos autores en 1952, son el pórtico de entrada para cualquiera interesado en la computación neuronal. Modelos alternativos son los modelos termodinámicos y los modelos de Markov, más adecuados para la descripción de canales iónicos simples. La transmisión sináptica, objeto especial de interés para el autor de esta recensión, es el tema estrella del capítulo sexto. Es un capítulo demasiado breve y expositivo y para quienes de verdad quieran empezar con una lectura que les haga avanzar desde el primer momento, yo les recomiendo, más bien, leerse el excelente artículo de Abbott y Regehr publicado en "Nature" en el número 431 de 2004, "Synaptic computation". No obstante, y a pesar de la brevedad en sus exposiciones (por ejemplo, al modelo Tsodykis y Markram de 1998, no se le dedica ni una página), es una buena piedra de toque para obtener información bibliográfica de los modelos más recientes y su tabla de valores de las constantes usadas en modelos de canales sinápticos (p. 151), es muy útil. De las sinapsis se pasa a los modelos neuronales de activación en el siguiente capítulo, y en el capítulo octavo se aborda el sueño de todo neuroinformático: la modelización tridimensional de la morfología de las neuronas. Quienquiera que tenga el placer de ojear el libro "Paisajes Neuronales", editado por Javier DeFelipe con motivo de la exposición realizada para conmemorar el centenario de la concesión del Premio Nobel a Santiago Ramón y Cajal, sabe a qué me refiero. En este sentido, la microscopía confocal y el marcado con proteínas teñidas de verde fluorescente de ratones transgénicos, están haciendo las delicias de los investigadores. Las imágenes confocales de secciones de árboles dendríticos se van superponiendo en secciones y son reconstruidas por programas como NEURON o GENESIS, sin tener que recurrir al lento y cansado ejercicio de tener que ir superponiendo las imágenes de pequeñísimas rodajas de tejidos. En esta dirección, el proyecto "Cajal Blue Brain", patrocinado por el CSIC y la Universidad Politécnica de Madrid, está reconstruyendo en 3-D los microcircuitos de las columnas corticales, haciendo uso de la gran potencia de cálculo del superordenador MAGERIT. El capítulo se recrea también en las técnicas de reconstrucción de ultraestructuras neuronales mediante programas de software como "Reconstruct" (p. 204). Sin duda, este es el mejor capítulo de la obra que estamos comentando y, sólo por él, merece la pena adquirir el libro. Enhorabuena a Gwen Jacobs, Brenda Claiborne y a Kristen Harris por su magnífica aportación. Sobre la diversidad de la morfología neuronal ahonda el capítulo nueve, algo más teórico y menos útil que el epígrafe anterior. Los tres últimos capítulos están dedicados a la modelización de redes neuronales, siendo los más extensos de la publicación y aportando valiosos datos.

El libro comentado es, desde luego, una introducción muy útil al ámbito de interés de este blog: la Neurociencia Computacional. Y aunque éste es un campo en el que es fácil que las fuentes queden obsoletas en pocos años, sin embargo auguramos larga vida a esta obra. Está impecablemente editada y resulta perfectamente legible para lectores sin una gran formación en Matemática o en Informática, con lo que esto supone de vivero para que surjan vocaciones entre Médicos, Psicólogos y profesionales de muy diversas ramas de la Ciencia. Su precio es asequible (50 dólares si se encarga directamente a la editorial) y merece la pena como libro de cabecera para quien desee irse ejercitando en estas lides. Un 9 sobre 10 para este excelente libro.

Circuitos corticales y computación cerebral (II): el modelo de memoria temporal jerárquica

Nos toca hablar en esta ocasión sobre el modelo de "memoria temporal jerárquica" de George y Hawkins (2009) y su relevancia para el problema de la computación cortical. Partiendo de la idea de que el neocórtex construye un modelo del mundo empleando una jerarquía espacio-temporal, el modelo se estructura en torno a nodos organizados en forma de árbol y que almacenan patrones espaciales y secuencias de patrones espaciales procedentes de los nodos situados por debajo en la jerarquía. Cada nodo contiene un conjunto de patrones de coincidencia y un conjunto de cadenas de Markov definidas sobre un subconjunto del conjunto de patrones de coincidencia en el nodo. Un patrón de coincidencia en un nodo representa la coactivación de las cadenas de Markov de sus nodos hijos. El aprendizaje espacio-temporal en el modelo acaece en los patrones de coincidencia y en las cadenas de Markov de cada nodo y en todos los niveles de la jerarquía.

Los nodos hijos envían mensajes hacia los nodos situados en la parte superior de la jerarquía. Estos mensajes transmiten información acerca del grado de certidumbre de las cadenas de Markov. Cada mensaje es un vector de igual longitud al número de cadenas de Markov del correspondiente nodo hijo, derivándose la probabilidad de las coincidencias de estos mensajes.

Cada nodo de la jerarquía calcula su grado de creencia en un patrón de coincidencia y lo envía hacia sus descendientes.

Podemos considerar las células piramidales como cadenas de Markov que envían sus mensajes hacia regiones corticales situadas en niveles superiores de la jerarquía. El modelo de George y Hawkins requiere que las secuencias localizadas en los niveles superiores han de representar mayores duraciones temporales y se divide en 6 capas que intentan simular el funcionamiento computacional de ciertas proyecciones corticales. En un primer estrato, se propone que la proyección talámica se encarga de almacenar y detectar los patrones de coincidencia. En una segunda capa, las células dendríticas se ocuparían del cálculo de probabilidad de las secuencias. En el tercer estrato se produce la proyección entre células intercolumnares, en el cuarto, se genera el cálculo de creencias sin un tiempo específico y en el quinto, se produce el cálculo de creencias ya con tiempo específico, enviándose los resultados hacia las regiones subcorticales. Finalmente, en la sexta capa se da la computación de los mensajes por parte de las dendritas apicales, surgiendo un proceso de realimentación con respecto a los nodos hijos.

En definitiva, se trata de un modelo que, tomando como base la anatomía del neocórtex, adopta la configuración de una red bayesiana que asume una jerarquía de nodos, en la que cada nodo aprende coincidencias espaciales. La jerarquía del modelo corresponde a la jerarquía de las regiones corticales mientras que los nodos representan pequeñas regiones del córtex. De esta manera se busca disponer de un modelo teórico del neocórtex, suficientemente vinculado a los datos que pueda aportar la Neurobiología como para realizar predicciones verificables sobre el funcionamiento biológico real.

Circuitos corticales y computación cerebral (I)

Iniciamos en este blog una pequeña serie de artículos que exponen algunos de los esfuerzos más importantes en la actualidad por desarrollar modelos computacionales que recogen la actividad de los micro-circuitos de la corteza cerebral humana. Como sabrá el lector, fue Vernon Mountcastle, a finales de la década de los 50 del siglo pasado, el primer autor que descubrió que el córtex se organiza en columnas y capas de células piramidales que manifiestan una gran regularidad. Paralelamente, Hubel y Wiesel publicaban sus impactantes estudios sobre la organización del córtex visual en animales y humanos y Joaquín Fuster iba poniendo los cimientos de sus ideas sobre la estructura cortical que iban a desembocar en su teoría del "Cognit". Más recientemente, estamos asistiendo a una doble vía por lo que a la postulación de modelos se refiere. Por un lado, encontramos el enfoque, de base anatómica, seguido por el laboratorio de Javier DeFelipe en el Instituto Cajal del CSIC y, por el otro, los modelos, más teóricos e idealizados, de autores como Mumford o Dean. No obstante, todos ellos comparten la aspiración a que sus constructos sirvan para realizar una tarea de modelización del funcionamiento cerebral, uno de los retos científicos más apasionantes en la actualidad, como puede apreciarse en proyectos tales como el "Blue Brain" (http://bluebrain.epfl.ch/). De manera más o menos velada, y con todos los reparos que se quieran poner, transluce la idea de crear un cerebro virtual que, funcional y estructuralmente, sea equivalente a un cerebro humano (estaríamos ante un proyecto de ingeniería virtual del cerebro-algunos lo llamarían "connectomics" o ciencia del estudio de la conectividad funcional y estructural del cerebro-). Es decir, y por trazar un paralelismo con respecto a la creación de vida, si Craig Venter fuera al supermercado y comprara una bolsita de cada uno de los componentes orgánicos necesarios y los combinara, de tal modo, que, en lugar de obtener simples moléculas orgánicas (como en los experimentos de Oparin-Miller), consiguiera de golpe un organismo unicelular, tendríamos algo parecido. Como el lector podrá sospechar, se trata de una tarea hercúlea. Apenas nuestros supercomputadores actuales tienen capacidad para procesar la simulación funcional del sistema retiniano de un gato, como para atreverse con trillones de circuitos neuronales, pero, en el camino, los réditos de esta empresa casi sobrehumana, pueden ser espectaculares. Pensemos en que cada vez existe un mayor convencimiento de que muchas de las patologías cerebrales responden a desorganizaciones estructurales y funcionales de los circuitos cerebrales. El grupo de DeFelipe, por ejemplo, hipotetiza que ciertos estados epileptógenos pueden deberse a la eliminación selectiva de un cierto tipo de células, llamadas, por su forma, neuronas "candelabro". En consecuencia, estamos empezando a reemplazar la gruesa visión tradicional anatomo-patológica por una perspectiva funcional-estructuralista, como demuestran los recientes estudios sobre conectividad de redes funcionales cerebrales del grupo de Del Pozo en el Centro de Tecnología Biomédica o del equipo de Olaf Sporns. Se conjugan, pues, estudios anatómicos y procedentes de técnicas de neuroimagen (medida cuantitativa y cualitativa de las propiedades de los "voxels" que conforman las imágenes), con aplicaciones de instrumentos matemáticos y computacionales, como teoría de grafos o propagación bayesiana de creencias.

Si existe un lugar privilegiado en el que residen las propiedades cognitivas superiores del ser humano, éste es la corteza cerebral. El neocórtex marca verdaderamente nuestra discontinuidad con respecto al resto del reino animal. Un modelo computacional reciente, matemáticamente poderoso y que pretende complementar, en sabia mezcla, hallazgos matemáticos con referencias anatómico-funcionales, es el de George y Hawkins ("Towards a mathematical theory of cortical micro-circuits",2009-http://www.ploscompbiol.org/article/info:doi/10.1371/journal.pcbi.1000532-). Acometeremos un breve análisis crítico de este modelo en una segunda entrega.

Neuronas espejo y sincronización entre robots

El descubrimiento de un sistema de neuronas espejo en el cerebro humano en la década de los años 90 del siglo pasado (Rizzolatti y colaboradores, 1996), convulsionó el mundo de la Neurociencia y sigue generando, más de una década después, una doble reacción: por un lado, inspira, a todos los niveles, innumerables investigaciones que tienen que ver con la implementación de mecanismos basados en las capacidades imitativas y empáticas en humanos; por el otro, sigue generando y, con razón, reacciones críticas escépticas ante unos pretendidos hallazgos no suficientemente respaldados por las técnicas disponibles (pues sabido es que, hoy por hoy, en humanos no es posible registrar las respuestas electrofisiológicas de neuronas simples, como así sucede sin embargo con las neuronas de los macacos-el lector puede acceder a la revisión crítica de Alison Gopnik-http://www.slate.com/id/2165123/pagenum/all/).

Últimamente, investigadores como Emilia Barakova, Tino Lourens y Yoko Yamaguchi (ya mencionada en este blog, en el artículo sobre "Los ritmos del cerebro"), están tomando como referencia los presuntos hallazgos de un sistema de neuronas especulares en humanos y los están aplicando isomórficamente, al diseño de simulaciones robóticas que pretenden lograr la sincronización de movimientos entre agentes artificiales o la imitación virtual de procesos tan complejos como el del respeto de turnos de actuación entre individuos.

Defendiendo el paradigma de la codificación común, Barakova (2007) sugiere que tanto el sentir como el actuar se conectan con la activación de las mismas representaciones internas. En el cerebro de los humanos, la zona parietal posterior, el área ventral premotora, el sulcus temporal superior y el cerebelo, parecen estar conectados en un flujo múltiple que se activa cuando se produce el fenómeno imitativo. Las neuronas del sulcus tendrían la función de transferir los estímulos visuales, ejerciendo una función inhibitoria. Las señales sensoriales serían proyectadas al área del lóbulo parietal inferior, encargada de la integración multisensorial. La información motora sería activada en la región del córtex premotor ventral y para dar cuenta de esta actividad tan compleja, nuestra autora recurre a la dinámica de los osciladores endógenos, simulando las respuestas de las diversas redes neuronales, a través de dos efectos opuestos que resultan de la combinación de neuronas excitatorias e inhibitorias.

¿Y cómo se lleva todo esto al diseño de robots que sean capaces de sincronizar sus movimientos o de pedirse el turno mutuamente? (repárese en la importancia que ello conlleva para la construcción de robots cooperativos que, a su vez, puedan interactuar con humanos). Barakova (2007, 393) simula las neuronas de cada sistema especular de los robots, mediante osciladores y empleando una ecuación que determina la probabilidad del espacio de fases con el tiempo, resultando en una fase periódica.

Sean dos robots en un escenario experimental y uno de ellos tiene la tarea de perseguir al otro. Antes del entrenamiento, las redes que simulan la zona ventral premotora y el lóbulo parietal inferior son modeladas mediante conexiones hebbianas reflejando los valores de la activación promedio de las unidades sobre un cierto intervalo temporal. Después de que las dos redes neuronales se sincronizan, los dos robots simulados expresan un comportamiento interactivo: el robot líder ejecuta movimientos de distinta complejidad y el que lo sigue, lo imita desde su propia perspectiva. Si las funciones de robot líder y robot perseguidor se hacen depender del campo visual de cada uno y, por lo tanto, se intercambian, surge un proceso de juego de turnos entre ellos, muy similar al que puede darse entre humanos. La petición de turno surge por un cambio en la activación sincrónica de las neuronas oscilatorias. Barakova toma como base un modelo simplificado de una red de neuronas espejo y lo transforma en la auto-organización de la activación neuronal sincronizada de dos robots que comparten espacio perceptual.

Y este es el relato de cómo la Neuroanatomía puede ejercer un influjo muy relevante en la Robótica más avanzada...

Los ritmos del cerebro

Los lectores que tengan la gentileza de leer este artículo quizá estén pensando en el título de la espléndida obra de Gyorgy Buzsaki, "Rhythms of the brain" (2006). Pero no vamos a centrarnos esta vez en el análisis de los contenidos de este libro imprescindible sino que comentaremos algunas cuestiones acerca de cómo el estudio de los ritmos theta que se registran en el cerebro, está llevando a extraer interesantes conclusiones acerca de la "computación" cerebral.

Naoyuki Sato trabaja en el Laboratorio de Dinámica de la Inteligencia Emergente, en el RIKEN Brain Science Institute del Japón, una de las instituciones de Neurociencia punteras en el mundo. Él trabaja, bajo la dirección de Yoko Yamaguchi, en el fenómeno de la sincronización de oscilaciones no lineales en el cerebro, elemento básico para explicar los ritmos circadianos o el inicio de la locomoción en animales. La llamada oscilación theta es un tipo de oscilación que se sitúa en una franja entre los 4 y los 12 herzios y que aparece en el cerebro durante la ejecución de movimientos voluntarios. De todos es conocido que el hipocampo desempeña un papel muy importante en la existencia de la memoria episódica en humanos pero que su funcionamiento neuronal es una cuestión abierta. En el hipocampo de las ratas se ha encontrado una sincronización neuronal particular conocida como "precesión de fase theta". Debido a la similaridad entre el hipocampo de la rata y el hipocampo humano, se esperaría una dinámica similar. A su vez, se considera que la dinámica de tipo theta se asocia con el procesamiento de la información en la navegación espacial. O´Keefe y Recce (véase la entrada de este blog concerniente a este autor) descubrieron en 1993 una curiosa relación entre la activación de las células espaciales y los ritmos theta. La activación de estas células se sincroniza con el potencial de campo local theta, de manera tal que las fases de activación van avanzando gradualmente conforme la rata pasa a través del recorrido espacial. Este fenómeno es denominado "precesión de fase theta" (Yoko Yamaguchi ,2007).

¿Qué clase de dinámica neuronal genera esta precesión? Yamaguchi (2003) propuso que sucede debido a la dinámica de sincronización neuronal que tiene lugar en la corteza entorinal. Las neuronas corticales de la zona entorinal podrían ser la base para la integración de la velocidad y del movimiento en el recorrido de lugares. Las neuronas piramidales de la corteza entorinal media muestran una actividad persistente después de ser despolarizadas o después de un periodo de entradas sinápticas repetidas. Yamaguchi (2007) formula un modelo matemático simple del comportamiento de la computación espacial de estas neuronas, representando la locomoción del animal por una distancia de desplazamiento en un intervalo de tiempo dado y su dirección.

Los estudios más actuales sobre dinámica cerebral revelan la importancia de la sincronización de oscilaciones en tareas cognitivas desempeñadas por humanos. Hace casi tres décadas, Ishihara y colaboradores demostraron la sincronización de ritmos theta en los sujetos que efectuaron un test de cociente intelectual. El ritmo theta se incrementó especialmente en las regiones frontales del cerebro. Parece que la computación cerebral para la inteligencia se basa en el principio de sincronización de oscilación baja. Quizá la actividad cerebral no pueda reducirse a sincronización pero, en cualquier caso, no podrá ser desentrañada nunca sin tener en cuenta la misma.

2011 será el Año Internacional para la Investigación del Alzheimer

El año 2011 será el Año Internacional para la Investigación del Alzheimer y nuestro país se prepara para afrontar este gran reto. Vamos a intentar liderar el avance europeo en cinco áreas de investigación: la búsqueda de marcadores moleculares, el diseño de un modelo animal único, el análisis de intervenciones farmacológicas, la domótica y la genética. Desde aquí quiero incidir en la enorme importancia que va a tener en los próximos años la búsqueda de pruebas diagnósticas tempranas y efectivas en la enfermedad de Alzheimer.

Descrita hace poco más de cien años por Alois Alzheimer, es la primera causa de demencia. Su tasa de incidencia total oscila entre un 10,3/1.000 y un 39,1/1.000 de casos anuales en mayores de 65 años y se prevee una cifra de cerca de cien millones de afectados dentro de medio siglo; de hecho, en España, a día de hoy, más de 200.000 personas están diagnosticadas con la enfermedad. El gran problema es que seguimos careciendo, después de décadas de investigación, de métodos de diagnóstico precisos que puedan detectar la enfermedad antes de que se haya hecho muy patente y los déficits cognitivos sean ya muy evidentes. Los cambios neurodegenerativos tienen lugar bastante antes de que las manifestaciones clínicas de la dolencia se hagan aparentes y sólo cuando las interferencias en la vida social y ocupacional son ya grandes, se realiza el diagnóstico. Desde aquí queremos hacer un llamamiento a todos los grupos de investigación biomédica de nuestro país para que aúnen sus esfuerzos en esta búsqueda. También urgimos a que nuestra participación en el Programa Europeo Conjunto sobre el Alzheimer fuerce a nuestras autoridades a aprobar un Plan Nacional de Alzheimer. Los 16 millones de euros invertidos en investigación de la enfermedad resultan insuficientes a todas luces y precisamos de la cooperación institucional a todos los niveles. La ausencia de un Plan Nacional está desperdiciando esfuerzos y recursos para la necesaria multiplicación de las actuaciones, tal y como subraya con total lucidez el Doctor Adolfo Toledano del Instituto Cajal del CSIC. También deberíamos tomar nota de la sugerencia dirigida a la Comisión Europea por parte de los eurodiputados de la proclamación de un Año Europeo del Cerebro, y así difundir entre el público el conocimiento de las enfermedades neurodegenerativas y de las medidas para su prevención. En suma, apelamos a la actuación de las instituciones públicas y privadas de nuestro país para que, entre todos, podamos paliar los devastadores efectos humanos y sociales provocados por este tipo de dolencias.

Conectividad cerebral

Hace más de 60 años, McCulloch y Pitts propusieron que la función cerebral surge a partir de neuronas binarias agrupadas en redes. En aquellos años, Hebb introdujo una de las reglas de aprendizaje más usadas en redes neuronales. A partir de ahí encontramos los "perceptrones" de Rosenblatt, la Teoría de la Resonancia Adaptativa de Grossberg o las redes simétricas de Hopfield. Pero todavía faltaba la tecnología para capturar la dinámica de redes de una manera cuantificable. La entrada en acción del formato digital permitió manejar propiamente datos procedentes de las medidas realizadas a través de la Electroencefalografía, culminada mediante la irrupción de la neuroimagen funcional. Uno de los grandes retos actuales es el de desbrozar los mecanismos de la función cerebral en redes analizadas en arquitecturas globales y locales.

La unidad básica de conexión en el cerebro es el contacto de una neurona con otra, que es caracterizada por la sinapsis neuronal. Si nos desplazamos desde las conexiones neuronales individuales hasta las conexiones entre regiones del cerebro, la resonancia magnética por difusión se basa en localizar secuencias pulsátiles que elicitan señales que reflejan la orientación de los procesos de difusión en tejidos blandos, específicamente de las moléculas de agua en el cerebro. Las señales indican dos características esenciales: la desviación de la difusión en cada "voxel" medido y la orientación tridimensional del tensor de difusión. Comparando los tensores en los "voxels" adyacentes, es posible concatenar las orientaciones más consistentes ("tractografía") y visualizarlas como líneas que corresponden a los tractos fundamentales de materia blanca en el cerebro humano. Obviamente, la visualización de los tractos no es directa sino que depende de los parámetros del algoritmo de reconstrucción. La tractografía es incapaz de discernir entre las muchas constelaciones geométricas dentro de un "vóxel" que conducen a la misma señal. Lo ideal sería poder establecer una conexión directa entre conectividad neuronal y regional, pero dicha conexión no es directa. Nosotros podemos examinar incluso las arborizaciones axonales locales pero no las proyecciones entre regiones del cerebro. Parece, eso sí, que tales proyecciones se originan desde las neuronas en capas infragranulares y supragranulares y que las neuronas de proyección son células piramidales (Kötter, 2007). Pero, ¿qué significa que una región del cerebro se proyecta hacia otra? Existen muchas definiciones diferentes de regiones cerebrales, resultando una enorme variabilidad, por lo que es muy difícil obtener afirmaciones precisas sobre conectividad entre regiones. Por ejemplo, se sabe que las terminaciones axonales de caminos recíprocos usualmente evitan la capa IV y se denominan conexiones descendentes, pero apenas se conoce nada acerca de las preferencias neuronales de los terminales de los axones. No obstante, aunque a día de hoy tenemos que basarnos en medidas indirectas que indiquen conexiones anatómicas, desarrollar la matriz de conectividad del cerebro humano es una tarea de gran importancia para la Neurociencia. Para ello precisamos de un enfoque multimodal que tenga en cuenta los datos que aporte la resonancia por difusión, pero también su correlación con medidas de actividad procedentes de la resonancia magnética funcional y de la electroencefalografía.

Javier DeFelipe y las "mariposas del alma"

Javier DeFelipe es uno de los grandes talentos de la Neurociencia de hoy. A través de su equipo de investigación en el Instituto Ramón y Cajal de Madrid, viene realizando grandes aportaciones al conocimiento de la estructura del cerebro desde hace tres décadas. Además es uno de los grandes divulgadores del patrimonio científico de Santiago Ramón y Cajal, Premio Nobel en 1906 y auténtico fundador de la Neurología. Pensemos, por ejemplo, en la espléndida edición que él y Edward Jones realizaron en 1991 de la magna obra del aragonés, "Degeneración y regeneración del sistema nervioso", libro en el cual aparecen las primeras ideas sobre la plasticidad neuronal.

Veintiséis de Agosto de 2008. En el marco del duodécimo Congreso de la Federación Europea de Sociedades Neurológicas, y formando parte de la sesión especial sobre Historia de la Neurología, presidida por Jesús Porta-Etessam e Iván Iniesta, DeFelipe, en "Cajal and the butterflies of the soul", realiza una magnífica exposición sobre las neuronas piramidales, las neuronas más características y abundantes de la corteza cerebral, bautizadas metafóricamente por Cajal como las "mariposas del alma". Y es que, en efecto, estas neuronas pueden ser las grandes responsables del "alma" humana, esto es, de las funciones cognitivas superiores. Usando técnicas de inyección intracelular, DeFelipe y colaboradores habían encontrado que en el ser humano, las células piramidales son mucho más complejas y tienen un mayor número de espinas dendríticas que en otros primates (Elston, Benavides-Piccione y DeFelipe, 2001), lo que expresaría que la capacidad de las neuronas humanas para integrar información sería muy superior a la de otras especies. Mención aparte merecían las espinas dendríticas y su función, tal y como DeFelipe fue desgranando en su fascinante exposición, apoyándose en simulaciones computacionales realizadas en colaboración con un equipo de la UAM. Observadas por vez primera por Ramón y Cajal en 1888, las describió como protuberancias de pequeño tamaño presentes en la superficie de las dendritas de las células de Purkinje del cerebelo. Tres años después propuso que estas espinas eran los lugares de contacto axón-dendrita y, en consecuencia, fundamentales para la transmisión sináptica (Portera-Cailliau y Yuste, 2001). DeFelipe y colaboradores han demostrado que las espinas de las células piramidales son el principal elemento postsináptico de las sinapsis excitadoras en la corteza cerebral. Se ha observado que existen alteraciones en la morfología de las espinas en enfermedades como la esquizofrenia y diversos tipos de deficiencia mental. Pero, todavía más importante, las espinas dendríticas son esenciales en la plasticidad cerebral. Cajal fue uno de los pioneros de la idea de plasticidad neuronal (DeFelipe, 2006 y Berlucchi y Buchtel, 2008). Llegó incluso a proponer cambios corticales posiblemente asociados con el aprendizaje. Más tarde y, según Stahnisch y Nitsch (2002), Cajal llegó a referirse a la capacidad regenerativa del sistema nervioso y periférico. En 1913 publicó su magna obra "Degeneración y regeneración del sistema nervioso", en la que expone las leyes que gobernarían el proceso de regeneración nerviosa (crecimiento continuo, crecimiento en línea recta y atrofia por desuso), e incluso llega a aludir a la neurogénesis normal y patológica. Cajal pensaba que la tendencia a la restauración de las conexiones nerviosas en el cerebro estaba lastrada por dos condiciones negativas: la ausencia de sustancias capaces de vigorizar el crecimiento y la carencia de agentes catalíticos capaces de atraer y dirigir la corriente axónica a su destino. La Neurobiología moderna ha demostrado la existencia de neurogénesis en el hipocampo adulto y el bulbo olfatorio pero se trata de dos excepciones a la regla. Mas en lo esencial el Premio Nobel acertó, aunque llevara décadas el mostrar la plasticidad neuronal generada a partir de una lesión (Liu y Chambers, 1958). El renacimiento de la neuroplasticidad cerebral tuvo lugar en la década de los 70 del siglo pasado con los estudios acerca de la sinaptogénesis (Lynch et al. 1972) y de las monoaminas (Azmitia et al. 1978). Esta noción de plasticidad de la función cerebral ya formaba parte de las ideas de Cajal en 1894 (Azmitia, 2007) y gracias a autores como DeFelipe estamos redescubriendo las profundísimas implicaciones de su legado para la Medicina moderna: ni más ni menos que la maleabilidad de la arquitectura cortical, esto es, la maleabilidad del "alma" humana.

Teoría del Caos, Medicina y Neurociencia en Madrid

El 11 y 12 de Noviembre de 2009 tuvo lugar en el Ilustre Colegio Oficial de Médicos de Madrid, el "Encuentro sobre aplicaciones de la Teoría del Caos en Medicina y Neurociencia". El Encuentro se inauguró con la ponencia del Doctor Fernando Fariñas, titulada "Caos, evolución y ubicuidad". Según el profesor Fariñas, la evolución del Universo desde el "Big Bang", con la formación de elementos pesados en estrellas supermasivas y en continuo enriquecimiento químico, muestra una flecha de complejización ligada a un derroche entrópico. De hecho, la propia complejidad de la Tierra es el motor creador y evolutivo de la vida inteligente.

El profesor Carlos Madrid realizó una introducción histórica y epistemológica a la Teoría del Caos, abordando las contribuciones de grandes autores como Poincaré, Smale y Lorenz.

El catedrático de la UNED, José Carlos Antoranz, en "Matemáticas, Caos y Medicina: un mènage à trois muy productivo", destacó el carácter de herramienta conceptual muy potente de la Teoría del Caos. De hecho, el gran avance del ámbito de la imagen médica y de la EEG, así lo atestiguan.

El profesor Miguel Ángel F. Sanjuán, catedrático de la Universidad Rey Juan Carlos, recalcó la gran influencia de la Dinámica no Lineal en la modelización de los sistemas biológicos, sistemas en los que el todo es más que la suma de las partes. Ejemplos importantes de aplicación son la dinámica neuronal y el comportamiento del cerebro.

En la ponencia "Salud y enfermedad: una perspectiva compleja", el Doctor Manuel Varela, del Hospital de Móstoles, revisó los axiomas enterrados en el concepto convencional de enfermedad (la enfermedad como cambio cualitativo, la idea de enfermedad como desorden...) para discutir la noción de enfermedad como pérdida de complejidad.

La Doctora Krista Lundelin, también del Hospital de Móstoles, completó las indagaciones del profesor Varela, exponiendo un experimento realizado recientemente en aquel Hospital, en el que se analizó la complejidad del perfil térmico y glucémico en pacientes de mal pronóstico. Aquellos pacientes que fallecieron durante su estancia en la UCI, presentaron menor complejidad del perfil glucémico que los supervivientes.

El profesor Kostadin Koroutchev, de la Universidad Autónoma de Madrid, planteó problemas comunes de análisis no lineal de series temporales de datos, con valores discretos y continuos, haciendo hincapié en la dificultad para separar los efectos de ruido de los efectos de procesos deterministas pero caóticos.

El Doctor Fernando Fariñas presentó el estado actual del diseño de n-MAVEC o neuromonitor avanzado para la vigilancia de episodios críticos. Este dispositivo será de utilidad en las UCIs y, mediante un filtro de decisión basado en lógica difusa, arrojará una probabilidad de situaciones críticas generadas por crisis epileptoides aparentes.

El Catedrático de Psicología de la Universidad Complutense de Madrid, el Doctor Javier González Marqués, hizo un repaso de cómo el paradigma experimental de la Psicología ha ido pasando de un modelo tomado de la Física más clásica a la necesidad de atender a múltiples parámetros y contextos y, por lo tanto, de aumentar la complejidad. En esta tesitura, la Dinámico no Lineal tendrá mucho que decir.

El profesor Carlos Pelta, en su ponencia titulada "Juegos metamiméticos, caos y cooperación", analizó cómo se comportan los juegos metamiméticos de Chavalarias al introducir nuevas reglas de imitación, con respecto a la existencia de regímenes caóticos. A diferencia de lo que sucedía en el juego del prisionero espacial de Nowak y de May, en el que existía régimen caótico para b=1,9, esto no es el caso en nuestra simulación. Por lo que respecta a la conducta de cooperación por parte de los agentes, las reglas de imitación introducidas convierten las conductas cooperativas en algo residual.

El Doctor Francisco del Pozo, de la Universidad Politécnica de Madrid, articuló su ponencia sobre cómo el estudio estructural y funcional de las redes neuronales del cerebro va a arrojar importantes datos sobre la evolución de enfermedades como la de Alzheimer.

El Encuentro fue clausurado por el Doctor Antonio Fernández Rañada, pionero del estudio de la Dinámica no Lineal en nuestro país y presidente de la Real Sociedad Española de Física.

Sólo nos queda agradecer la gentileza de todos aquellos ponentes y participantes en el evento y recordar que las Actas del mismo aparecerán en 2010 en la revista "Encuentros Multidisciplinares", dirigida por el profesor Jesús Lizcano.

Cerebro y Creatividad en el Círculo de Bellas Artes

Los días 10 y 11 de Noviembre de 2009 se celebró en la sala "Ramón Gómez de la Serna" del Círculo de Bellas Artes" de Madrid, un ciclo de dos mesas redondas bajo el título genérico de "Cerebro y Creatividad". Ambas mesas fueron un éxito de público y contaron con la presencia de prestigiosos especialistas de la Neurología y de la Psicología. El ciclo estuvo dirigido por el Doctor Jesús Porta-Etessam, del Servicio de Neurología del Hospital Clínico San Carlos de Madrid, y fue coordinado por Pilar García Velasco (responsable del área de Humanidades y de Ciencia del Círculo) y por Carlos Pelta (UCM).

El primer día y tras una presentación del Doctor Porta en la que se presentaron imágenes de obras de artistas que podían implicar alguna patología cerebral (como, por ejemplo, la peculiar visión del mundo que podría tener un paciente aquejado por una manifestación de aura migrañosa), se inició la mesa redonda en la que se abordó la cuestión de la creatividad bajo la perspectiva tanto del artista como del científico. Participaron los Doctores Carlos López de Silanes, Manuel Lara, la Doctora María Luz Cuadrado y el Profesor Javier González Marqués (UCM). En el animado debate, en el que la audiencia tuvo una destacada participación final, se buscó desentrañar si la creatividad es un mero proceso generativo humano o si implica alguna cualidad especial que la hace fácilmente discernible entre individuos.

El segundo día contó con la incorporación de los Doctores Rocío García-Ramos y Alberto Villarejo, a la presencia del Doctor Porta-Etessam. La mesa, focalizada en torno a las "Bases neurobiológicas de la creatividad", arrancó con una exposición muy interesante de la Doctora García-Ramos, en la que se analizaron aquellas zonas cerebrales que más se han vinculado con el fenómeno creativo, desde la corteza prefrontal hasta el circuito TOP. A continuación el Doctor Villarejo presentó una fascinante serie de grandes músicos que, como Ravel o Smétana, compusieron alguna de sus obras más célebres bajo los efectos de alguna neuropatología (piénsese, por ejemplo, en el proceso neurológico perseverativo claramente reflejado en la estructura del "Bolero" del autor francés). La mesa culminó con la animada intervención de los asistentes.

Damos las gracias a todos los ponentes y, en especial, al Doctor Jesús Porta-Etessam, que supo aglutinar a la mayoría de los participantes en torno al proyecto y a Pilar García Velasco que, desde el Círculo creyó desde el primer momento en la viabilidad del ciclo. Por supuesto, el nutrido y heterogéneo público (artistas, biólogos, médicos, psicólogos...) merece también un sobresaliente por su compromiso e interés.

Encuentro sobre "Aplicaciones de la Teoría del Caos en Medicina y Neurociencia"

Los días 11 y 12 de Noviembre de 2009 se celebrará en Madrid un Encuentro sobre "Aplicaciones de la Teoría del Caos en Medicina y Neurociencia", en el que prestigiosos especialistas en Dinámica no lineal plantearán los últimos avances de la aplicación de la teoría de sistemas complejos y caóticos, a la Electroencefalografía, la Biomedicina y la Neurociencia, en general. Creemos que es una ocasión inmejorable para que, por fin, Médicos, Físicos, Matemáticos, Ingenieros, Psicólogos y Neurocientíficos, asentemos las bases de una cooperación intelectual que nos lleve a desterrar la extendida visión de la Teoría del Caos como una curiosidad matemática y estética y, a su vez, a transmitir que la Ciencia y la Tecnología del siglo XXI van a ser reescritas a partir de este enfoque.

Agradecemos al profesor Fernando Fariñas Balseiro, uno de los mejores y más brillantes conocedores del tema en nuestro país, que haya accedido a dirigir este Encuentro. Los ponentes que intervendrán son verdaderos líderes a nivel internacional como, a continuación, reseñamos: José Carlos Antoranz, catedrático de Física en la UNED, verdadero padre de toda una generación de Físicos dedicados a la Dinámica de Fluidos en nuestro país; Fernando Fariñas Balseiro, actualmente trabajando en el Hospital de Talavera de la Reina y Director del Encuentro; Javier González Marqués, catedrático de Psicología de la Universidad Complutense de Madrid; Kostadin Koroutchev, de la Universidad Autónoma de Madrid, auténtico talento en el diseño de algoritmos no lineales y colaborador de Fariñas en el diseño de N-MAVEC; Krista Lundelin, doctora en Medicina, bajo la dirección de Manuel Varela, con un muy interesante trabajo sobre temperatura basal en pacientes críticos y sistemas no lineales; Carlos Madrid, matemático, doctor en Filosofía con un trabajo sobre Mecánica Cuántica y Teoría del Caos, y quizá el mejor conocedor del significado epistemológico de los sistemas caóticos en nuestro país; José Luis Muñiz, líder del grupo de Física Médica de la Real Sociedad Española de Física; reciente organizador del ciclo de Conferencias "Paisajes Neuronales" y pieza clave, desde el CIEMAT, en el desarrollo de sistemas terapéuticos basados en la Física; Francisco del Pozo, catedrático de Ingeniería en la Universidad Politécnica de Madrid, pionero de la Biomedicina en España y últimamente interesado por la aplicación de formalismos no lineales a los desórdenes del sueño; Miguel Ángel F. Sanjuán, catedrático de la Universidad Rey Juan Carlos, líder mundial del estudio de los sistemas dinámicos no lineales y colaborador frecuente de James Yorke, autor de la denominación de Teoría del Caos; Manuel Varela, médico de médicos, forjador de brillantes discípulos y pionero en una visión de la enfermedad, alejada del paradigma tradicional y que se inspira en las ideas de los sistemas caóticos.

Agradecer también la presencia de la doctora Elena Aguirregoicoa y reciente co-autora de un excelente artículo sobre Medicina y Sistemas Dinámicos (Revista de Física, 2009), su apoyo en tareas organizativas. Las Instituciones organizadoras son la Universidad Complutense de Madrid y la Real Sociedad Española de Física. El autor de este blog participa en la organización y desarrollará una ponencia. El acto será clausurado con la presencia del profesor Antonio Fernández Rañada, presidente de la RSEF.

El programa del Encuentro es el que sigue. Agradeceremos mucho vuestra presencia y vuestra participación en los interesantes debates que, a buen seguro, se plantearán:

ENCUENTRO "APLICACIONES DE LA TEORÍA DEL CAOS EN MEDICINA Y NEUROCIENCIA"

SEMANA DE LA CIENCIA 2009

Aula Gregorio Marañón, Ilustre Colegio Oficial de Médicos de Madrid

C/Santa Isabel, 51

Miércoles 11-Jueves 12 de Noviembre de 2009

PROGRAMA:

Miércoles 11 de Noviembre

9.30 h.-9.40 h. Presentación a cargo del Doctor Fernando Fariñas Balseiro

9.40 h.-10.25 h. Ponencia: CAOS, EVOLUCIÓN Y UBICUIDAD (Dr. Fernando Fariñas,

Hospital de Talavera de la Reina).

10.40 h.-11.25 h. Ponencia: HISTORIA DE LA TEORÍA DEL CAOS CONTADA PARA

ESCÉPTICOS. CUESTIONES DE GÉNESIS Y ESTRUCTURA

(Dr. Carlos Madrid, UCM).

11.45 h.-12.30 h. Ponencia: MATEMÁTICAS, CAOS Y MEDICINA: UN MÈNAGE À TROIS

MUY PRODUCTIVO (Dr. José Carlos Antoranz, UNED).

12.45 h.-13.30 h. Ponencia: CAOS Y COMPLEJIDAD EN CIENCIAS DE LA VIDA (Dr.

Miguel Ángel F. Sanjuán, URJC).

16.30 h.-17.15 h. Ponencia: EL CONCEPTO DE SALUD Y ENFERMEDAD: UNA NUEVA

PERSPECTIVA (Dr. Manuel Varela, Hospital de Móstoles).

17.30 h.-18.15 h. Ponencia: ANÁLISIS DE LA COMPLEJIDAD DEL PERFIL TÉRMICO Y

DEL PERFIL GLUCÉMICO (Dra. Krista Lundelin, Hospital de

Móstoles).

Jueves 12 de Noviembre

9.30 h.-9.40 h. Presentación a cargo del Doctor Fernando Fariñas Balseiro.

9.40 h.-10.25 h. Ponencia: MÉTODOS NO LINEALES DE ANÁLISIS DE DATOS

BIOMÉDICOS (Dr. Kostadin Koroutchev, UAM).

10.40 h.-11.25 h. Ponencia: APLICACIONES EN NEUROFISIOLOGÍA (Dr. Fernando

Fariñas, Hospital de Talavera de la Reina).

11.45 h.-12.30 h. Ponencia: EL PARADIGMA DE LA TEORÍA DEL CAOS EN

NEUROCIENCIA Y PSICOLOGÍA (Dr. Javier González Marqués,

UCM).

12.45 h.-13.30 h. Ponencia: JUEGOS METAMIMÉTICOS, CAOS Y COOPERACIÓN (Dr.

Carlos Pelta, UCM).

16.30 h.-17.15 h. Ponencia. ESTUDIO DE LA SINCRONIZACIÓN DE LAS REDES NEURONALES EN EL CEREBRO (Dr. Francisco del Pozo,

ETSIT-UPM).

17.30 h.-18.30 h. Mesa Redonda: CAOS: UNA CIENCIA ÚTIL.

Moderador: José Luis Muñiz Gutiérrez (RSEF-CIEMAT).

Participantes: José Carlos Antoranz, Fernando Fariñas, Carlos Madrid,

Francisco del Pozo y Manuel Varela.

Neurociencia de la Creatividad

La creatividad puede definirse como la capacidad de generar algo nuevo y apropiado. ¿Por qué la creatividad es tan difícil? Getzels y Csikszentmihalyi (1976) subrayan que no es que las personas creativas resuelvan los problemas mejor sino que son las que encuentran los mejores problemas para resolver. Las tareas que verdaderamente requieren creatividad son las más complicadas. Hasta hace no mucho, solía confinarse el acto creativo a una suerte de inspiración mística que convocaba la presencia de las musas cuando éstas, caprichosamente, así accedían. Hoy sabemos que la Neurociencia tiene mucho que decirnos. Con frecuencia, se ha considerado que en el límite de la salud mental podía rastrearse la creatividad. Los casos son múltiples (Goya, van Gogh y tantos otros) y, de hecho, Francisco Mora tiene publicado un excelente y entretenido libro, al respecto: ¿enferman las mariposas del alma?, esas mariposas con las que, el gran Cajal, comparaba a las espinas dendríticas.

Quizá la estructura cerebral predilecta para enfocar el tema de la creatividad, sea el córtex prefrontal. Desde luego, si hay algo reñido con la creatividad, es la ausencia de flexibilidad en la conducta. Se ha comprobado que lesiones, localizadas especialmente en el córtex prefrontal dorsolateral, originan perseveración y dificultad para pensar de manera abstracta. El test de selección de cartas de Wisconsin es el instrumento neuropsicológico de evaluación más utilizado para comprobar el alcance de ese tipo de lesiones en los pacientes.

También el córtex prefrontal ejerce un control inhibitorio sobre las conductas (emocionales y cognitivas) no apropiadas. Los pacientes con los lóbulos frontales dañados tienden a imitar conductas inapropiadas y no se hacen una idea general acerca de los problemas y situaciones. El córtex prefrontal se encargaría de evaluar el carácter apropiado o no de un determinado pensamiento. Un nuevo pensamiento se convertiría en una novedad cuando pasase a ser representado en la memoria operativa. Pero para dar expresión a este "insight", se ha de producir una activación que responda a la planificación y ejecución de las submetas de una determinada tarea. No olvidemos que la creatividad suele requerir hacer uso de refinadas técnicas, cuyo dominio puede costar muchos años. Según autores como Eysenck o Martindale, la actividad creativa suele caracterizarse por situaciones en las que la atención no está claramente focalizada e incluso existe un procesamiento de tipo automático. Siguiendo la estela de Kraepelin, existiría un cierto vínculo entre la psicopatología y la creatividad. Desórdenes emocionales como la depresión o distonías neurológicas, como la esquizofrenia, desarrollarían la inspiración creativa. En cambio, otras investigaciones intentan mitigar estas observaciones, al recalcar la naturaleza metódica y deliberada de muchos ejemplos históricos de creatividad en las ciencias y las artes. Finke (1996) integra ambos modos de procesamiento (el automático y el deliberado) al analizar el fenómeno creativo. La diferencia principal entre modos de procesamiento automáticos y deliberados radicaría en el método usado para representar la nueva información en la memoria operativa. El procesamiento deliberado se generaría en circuitos del córtex prefrontal y tendería a ser estructurado y racional, mientras que las intuiciones espontáneas tendrían lugar cuando el sistema atencional no seleccionase activamente el contenido de la conciencia, permitiendo que pensamientos inconscientes fueran representados en la memoria operativa. Muchos autores coinciden en subrayar que el pensamiento consciente sobre un problema puede resultar contraproducente a la hora de resolverlo (Guilford, 1950 o DeBono, 1968): aquellas soluciones que violan los conocimientos adquiridos acerca de algo, no suelen ser consideradas. Scheibel (1999) llega a estipular que, de alguna manera, el control ejercido por el córtex prefrontal, quedaría relajado. La creatividad debida a intuiciones espontáneas no estaría limitada por paradigmas mentales preconcebidos y, por lo tanto, no sería iniciada por la acción del córtex prefrontal. En cierto sentido, la secuencia de pensamientos sería más laxa y emergerían asociaciones débilmente conectadas. La creatividad seguiría las pautas de un proceso combinatorio estocástico, esto es, la conducta creativa entrañaría siempre una naturaleza azarosa. Esta sería, quizá, la gran lección del fenómeno creativo y de sus bases neurobiológicas.

Cerebro y Creatividad

Los días 10 y 11 de Noviembre de 2009 tendrá lugar en el Círculo de Bellas Artes de Madrid un ciclo de mesas redondas con el título de "Cerebro y Creatividad". Organizan Pilar García Velasco (Círculo de Bellas Artes) y Carlos Pelta (Universidad Complutense). El director académico es Jesús Porta-Etessam (Hospital Clínico San Carlos de Madrid e Instituto de Neurociencias aplicadas). Prestigiosos ponentes participarán en la actividad. La estructura de la misma será la siguiente:

TÍTULO: CEREBRO Y CREATIVIDAD

FECHAS: 10 y 11 de Noviembre

LUGAR: Sala "Ramón Gómez de la Serna" del Círculo de Bellas Artes (Madrid)

Día 10 de Noviembre

19.15 h. Jesús Porta-Etessam: Presentación

19.30 h. MESA REDONDA: EL ARTE DESDE LOS OJOS DE UN CIENTÍFICO

Modera: Jesús Porta-Etessam

Participan: Javier González Marqués (Catedrático del Dpto. de Psicología Básica II-UCM)

Jorge Matías-Guiu Guía (Jefe del Serv. de Neurología del Hospital Clínico S. Carlos)

Manuel Lara (Servicio de Neurología del Hospital Universitario La Paz)

Carlos López de Silanes (Serv. de Neurología del Hospital de Alcorcón)

Alberto Portera (Catedrático Emérito de Neurología de la UCM)

Día 11 de Noviembre

19.15 h. MESA REDONDA: BASES NEUROLÓGICAS DEL ARTE Y LA CREATIVIDAD

Modera: Carlos Pelta

Participan: Rocío García-Ramos (Prof. de la Facultad de Medicina-UCM)

Jesús Porta-Etessam (Hospital Clínico S. Carlos)

Alberto Villarejo (Serv. de Neurología del Hospital Doce de Octubre de Madrid

Agradeceremos mucho vuestra presencia para debatir con nosotros acerca de la fascinante cuestión de los fundamentos neurocientíficos de la creatividad humana. En este mismo blog iremos introduciendo una serie de referencias básicas antes del inicio de la actividad. Muchas gracias por todo.

Mathematical Psychology 2009 (Amsterdam)

Se acaba de celebrar en la localidad holandesa de Amsterdam el encuentro anual organizado por la "Society for Mathematical Psychology". No han faltado presentaciones y pósters que hayan tenido que ver con la temática fundamental de este blog, por lo que, a continuación, pasamos a reseñar aquellos aspectos que más nos han interesado.

El día 2 de Agosto, Rafal Bogacz, de la Universidad de Bristol y Kevin Gurney, de la Universidad de Sheffield, expusieron un sistema de toma de decisiones para el sistema córtico-basal del cerebro humano. El modelo de difusión se ha convertido en un clásico para explicar los patrones de los tiempos de reacción de un amplio conjunto de tareas que implican la elección entre dos alternativas. Según este modelo, el cerebro integra la diferencia existente entre la evidencia sensorial que apoya las dos alternativas hasta que se alcanza un criterio de confianza. Pero, ¿cómo puede extenderse este modelo al problema de tener que escoger entre múltiples alternativas? Según los autores, los ganglios basales actúan como un elemento central que resuelve la competición entre las áreas corticales y el estudio de su fisiología puede constituirse en un test estadístico óptimo para resolver la cuestión de tener que elegir entre numerosas alternativas.

Michael Frank, de la Universidad de Brown, planteó un modelo de la dinámica entre el córtex frontal y el núcleo subtalámico en los casos decisiones conflictivas. La señal del núcleo subtalámico es dinámicamente modulada por el grado del conflicto en la decisión, representado en el córtex frontal dorsomedial. Frank sugiere que el entorno de decisión no es fijo y que puede ser regulado en múltiples escalas temporales. El mismo Frank participó en la sesión de pósters, junto a Thomas Wiecki, con un modelo de inhibición de respuestas en el córtex fronal y los ganglios basales.

El día 3 tuvimos que madrugar con una interesante ponencia de los profesores Pooley, Lee y Shankle. En ella, acometieron una modelización de los déficits en la memoria episódica provocados por la enfermedad de Alzheimer. Usan una herramienta como la de las jerarquías bayesianas, que se está desvelando como muy prometedora en los últimos tiempos, y que el autor de este blog está empleando en sus modelos computacionales. Nada más terminar la intervención acudimos a una charla, de nuevo, sobre un modelo acerca del sustrato neuronal de la toma de decisiones. Como se podrá apreciar, es uno de los temas punteros ahora mismo en la investigación sobre modelos de ciertas zonas del cerebro. En concreto, ¿cómo usamos información de la que disponemos a priori para guiar nuestras decisiones? Según Forstmann y colaboradores, la activación de la zona córtico-estriatal logra desinhibir las respuestas preferidas.

Finalizamos esta breve reseña, recalcando la presencia cada vez mayor de modelos procedentes de la Neurociencia Computacional en Congresos sobre Psicológía y Ciencias de la conducta, lo cual no deja de confirmar, una vez más, la pujanza actual de esta rama de la Neurociencia.

Controversias sobre enfermedades neurodegenerativas

En el contexto de los Cursos de Verano 2009 celebrados por la Universidad Complutense de Madrid, el Doctor Jesús Porta-Etessam (Hospital Clínico San Carlos) y la Doctora Lydia Vela (Jefa del Servicio de Neurología del Hospital de Alcorcón) , han organizado un encuentro titulado "Controversias sobre enfermedades neurodegenerativas". Dicho evento ha sido coordinado por el Doctor Jorge Matías-Guiu (Jefe del Servicio de Neurología del Hospital Clínico San Carlos).

El Encuentro ha tenido lugar los días 6 y 7 de julio y fue inaugurado por el Doctor Porta-Etessam con una presentación general acerca de las cuestiones que iban a ser abordadas. Tomó la palabra la Doctora Vela en su intervención "Fase presintomática de la enfermedad de Parkinson", realizando un completo análisis de los síntomas no motores de la enfermedad: hipoosmia (un factor presintomático muy estudiado en la actualidad e ilustrado con el interesante caso del testimonio de un paciente que tenía frecuentes experiencias olfativas de sustancias quemadas), estreñimiento, hipersomnia y trastornos de sueño y depresión. La Doctora Vela expuso la necesidad de incidir en la búsqueda de terapias neuroprotectoras, aún cuando, ahora mismo, carecemos de fármacos neuroprotectores para la enfermedad.

El Doctor Javier Pagonabarraga, del Servicio de Neurología del Hospital de la Santa Creu i Sant Pau, de Barcelona, explicó el "Inicio y progresión de la enfermedad de Parkinson". Del paradigma tradicional enfocado en la circunstancia de la muerte de neuronas en la sustancia nigra y su tratamiento mediante levodopa, se ha derivado a la "multiple hit-hypothesis", en la que a la detección de disrupciones genéticas se aúna la influencia de factores ambientales. El Doctor Pagonabarraga sugirió el interés de combinar terapias en las que se usen inhibidores en la recaptación de serotonina con fármacos cuyos "targets" sean los receptores de noradrenalina. Además, expuso cómo están apareciendo estudios que, a medio-largo plazo, verifican la superioridad para el tratamiento de la enfermedad de los agonistas dopaminérgicos frente al uso de la levodopa. Conectó el parkinsonismo con la aparición de tendencias adictivas en los pacientes y comentó el interesante caso de uno de sus pacientes, que, con la medicación recibida, pasó de realizar representaciones pictóricas figurativas convencionales a representaciones más artísticas y creativas.

La Mesa redonda, con la que se cerró la jornada y diseñada por la Doctora Vela, reunió, además de a los Doctores mencionados arriba, a la Doctora Eva López Valdés (Servicio de Neurología del Hospital Severo Ochoa de Leganés) y a la Doctora María José Catalán (Servicio de Neurología del Hospital Clínico San Carlos).

El planteamiento de la estructura de la discusión fue muy interesante, puesto que se partió del análisis de casos clínicos, surgidos de la experiencia asistencial de la Doctora Vela, que iban siendo presentados a la audiencia, paso a paso, y requiriendo la colaboración de los asistentes para ir anticipando el diagnóstico. Ni qué decir tiene que se logró la implicación de los asistentes, bastantes de ellos con experiencia clínica, al hacer de la tarea clave de diagnóstico, una tarea abierta, en la que los participantes podían contrastar opiniones con los especialistas. El autor de este blog no había visto en reuniones de este tipo un planteamiento similar, puesto que en ellas el proceder habitual puede consistir, como mucho, en la presentación de casos clásicos o cerrados.

A raíz de un caso especialmente complicado, los ponentes analizaron el uso actual de terapias menos "conservadoras", como el uso de apomorfina, la bomba de duodopa o la intervención quirúrgica insertando estimuladores cerebrales. También se hizo mención a una de las esperanzas terapéuticas actuales, la estimulación cerebral profunda. Esta técnica ya tuvo una presencia destacada en el Congreso de la EFNS 2008 y algún lector de este blog que esté interesado, puede acudir a la entrada correspondiente.

La jornada del día 7 de julio estuvo dedicada a la enfermedad de Alzheimer. El Doctor Alberto Marcos Dolado (Hospital Clínico San Carlos) expuso los conocimientos actuales sobre los "Marcadores biológicos y genéticos en la enfermedad de Alzheimer". Dos aspectos parecen no objeto de discusión en este sentido, como la acumulación de depósitos amiloides y las taupatías. A partir de aquí es cuando las certezas se acaban. No se comprende bien el porqué, reguladores de lípidos, como las estatinas, actúan como un factor protector ante la aparición de la enfermedad y biomarcadores, que serían ideales por su facilidad de uso, como el análisis del líquido cefalorraquídeo (en Suecia se practican sistemáticamente punciones para llevar a cabo el diagnóstico) o el análisis sanguíneo, dejan un porcentaje alto de casos en el limbo de la indecisión. Finalmente, el Doctor Marcos anticipó algunas ideas sobre la vía abierta por los estudios inmuno-histológicos, en conexión con el efecto de los fármacos anti-inflamatorios.

La Doctora Merçe Boada, del Servicio de Neurología del Hospital Val d´Hebrón, en su conferencia sobre la "Necesidad de tratamiento farmacológico en la enfermedad de Alzheimer en sus fases moderadas y avanzadas", aludió a la polémica existente sobre la conveniencia o no de aplicar mediacamentos desde el propio diagnóstico preclínico de la dolencia. De todos es conocido, y fue muy convenientemente recalcado por la Doctora Boada, el enorme impacto económico y asistencial que está suponiendo esta enfermedad, máxime cuando se prevee un espectacular aumento del diagnóstico de casos en los próximos años (China y la India, por ejemplo). ¿Qué hacer, pues? ¿Atender fundamentalmente a la subvención por los Servicios de Salud, de fármacos que activen a los pacientes y que, por lo tanto, reduzcan cada vez más su dependencia asistencial, en vista de que todavía no se conoce bien la etiogenia de la enfermedad? La Doctora trajo a colación una comparativa muy interesante entre diversas opciones que equilibran más o menos, el lado asistencial con el lado farmacológico: desde el modelo estadounidense hasta el de la Sanidad escocesa. En este sentido, fue muy esclarecedora la revisión que hizo de los estudios de Óscar López y su equipo de Pittsburgh sobre los verdaderos efectos del donepecil.

El Encuentro se clausuró con una Mesa redonda acerca de las "Aproximaciones terapéuticas a los pacientes con deterioro cognitivo", Mesa a la que se unió el psicólogo clínico Lluis Tárrega. Partiendo de un difícil caso clínico mostrado por el Doctor Porta-Etessam, se incidió, entre otros aspectos, en la necesidad de la estimulación cognitiva cotidiana, con especial énfasis en los aspectos ecológicos de la misma (Doctora Boada), y los pros y contras de la utilización de ciertos fármacos modificadores de la conducta, como el Bupropion o la Trazodona.

Finalmente, queda felicitar a los organizadores y participantes en esta actividad por el difícil equilibrio conseguido entre el mantenimiento de un nivel expositivo claramente técnico y complejo con la sinergia producida con un auditorio heterogéneo, cuyo interés lograron despertar en todo momento.

Orden(adores) y Caos en Electroencefalografía

En el marco del ciclo de conferencias organizado por la "Cosmocaixa" en Alcobendas, bajo el rótulo de "Paisajes Neuronales", el Doctor Fernando Fariñas Balseiro ofreció el día 1 de abril una muy interesante charla sobre la aplicación de la dinámica de sistemas no lineales al desarrollo de técnicas electroencefalográficas de diagnóstico. Entre la audiencia había médicos, genetistas, neuropsicólogos, físicos...El autor de este blog está especialmente interesado en el desarrollo de simulaciones por ordenador y de coste computacional bajo, que den cuenta de la actividad electrocortical en el cerebro.

El Dr. Fariñas ha trabajado durante mucho tiempo en el Hospital de La Paz en Madrid y conjuga algo muy difícil de encontrar en la mayoría de médicos de nuestro país: una obvia preparación en Medicina con una muy sólida formación en Física y Matemáticas, que le hace interesarse lo mismo en el diagnóstico de una epilepsia que en un espacio de Hilbert, por ejemplo.

Su campo de estudio está empezando a recibir la atención que se merece y testigo reciente es la publicación del excelente artículo de Tullio A. Minelli, "Neurodynamics and Electrocortical Activity" (2009).

El profesor Fariñas comenzó su intervención recalcando que la Electroencefalografía es la única técnica funcional existente para el diagnóstico de patologías cerebrales. La opinión más extendida entre el gran público es que cuando hay cualquier patología, se producen señales de alarma muy ostensibles que advierten de un fracaso funcional evidente. Pero como subrayó el Dr. Fariñas, éste no es el caso en la mayoría de las ocasiones. Precisamente, cuando en el cerebro se dan ritmos muy fijos de sincronización neuronal, podemos estar ante un problema, puesto que dicha hipersincronización denota que los sistemas de regulación están siendo muy poco adaptativos. La enfermedad tiene más que ver con la presencia de comportamientos funcionales esclerotizados que con conductas "irregulares" o de saltos. En definitiva, y esto tiene mucho que ver con los principios básicos que rigen la teoría del Caos, la enfermedad se revela más por patrones regulares en exceso que por irregularidades funcionales. Sería la diferencia entre un cristal perfectamente estructurado pero, al fin y al cabo, muerto, y un organismo vivo que, precisamente para estar vivo, ha de tener un intercambio continuo y suficientemente dinámico con su entorno.

La moderna teoría del caos arranca con Edward N. Lorenz. La anécdota fundacional es muy conocida y nos presenta a un Lorenz que introduce cifras redondeadas en milésimas en una calculadora que redondea hasta las millónesimas y que, a la mañana siguiente, se encuentra en lugar de con la lista de cifras replicada, con resultados muy distintos. A partir de aquí y, como de forma magistral, expuso el Doctor Fariñas, emerge el folklore conceptual de la teoría del Caos que, por cierto, no hay que confundir con la teoría de Sistemas Complejos. Caos no puede identificarse con Complejidad, puesto que la Complejidad implica auto-organización, modularidad estructural, recursividad algorítmica y emergencia, entre otras propiedades, mientras que el caos determinista es una posibilidad más en el amplio abanico de los sistemas dinámicos no lineales. Pero lo que sí es más que evidente es que la comprensión del funcionamiento del cerebro no se logrará nunca mediante el estudio de unidades funcionales simples sino a través de un enfoque holístico propiciado por el paradigma de los sistemas dinámicos. Precisamente, la pregunta que en esta sesión dirigió el autor de este blog al profesor Fariñas tuvo que ver con la necesidad de ir repartiendo esfuerzos de investigación entre el desarrollo de técnicas de potenciales evocados y las técnicas de neuroimagen que se llevan una enorme cantidad de inversiones para obtener resultados que parecen retrotraer al viejo paradigma localizacionista de la frenopatía: zona cerebral activada, zona responsable de tal facultad cognitiva superior o de tal enfermedad.

El Dr. Fariñas finalizó su intervención describiendo brevemente un muy interesante proyecto que él y un grupo de investigadores están culminando: en palabras del propio Fariñas, " la máquina que hace pi (la letra del alfabeto griego)", es decir, n-MAVEC. Esta máquina se presenta como un instrumental de monitorización de pacientes muy sedados en las Unidades de Cuidados Intensivos. En este tipo de pacientes es muy fácil que puedan darse daños cerebrales irreversibles que pasan desapercibidos a los cuidadores de las Unidades, puesto que se encuentran en una situación tan vegetativa que ni siquiera es posible captar en ellos pequeños movimientos musculares; n-MAVEC es capaz de controlar la ausencia de parámetros típicamente caóticos y necesarios para evitar una hipersincronización, síntoma de un daño cerebral irreparable.

El uso del instrumental teórico de los sistemas dinámicos no lineales para el diagnóstico cerebral se perfila como de enorme importancia y puede ocuparse tanto de lo que se va a encargar n-MAVEC como de analizar qué sucede en el cerebro de un paciente epiléptico durante los cinco segundos que transcurren durante una de las típicas "ausencias" epilépticas.

Hemos de finalizar agradeciendo al profesor Fernando Fariñas Balseiro lo muy esclarecedora que fue su ponencia y el hecho de que esté dando a conocer en nuestro país un paradigma cuyas aplicaciones a la Medicina y a la Psicología van a ser esenciales y que atrae la atención de los neurocientíficos computacionalistas por su poder para generar simulaciones cada vez más complejas.

Oscilación neuronal sincrónica: el gran reto

En este artículo sometemos a la consideración de los lectores, la tesis de que el estudio del fenómeno de la oscilación sincrónica de grupos neuronales, va a constituir la base del estudio del cerebro en la próxima década. Para ello, tomaremos ideas de la neurodinámica basada en sistemas no lineales (Minelli, 2008 y Timme y Wolf, 2008).

Los ritmos cerebrales espontáneos desempeñan un importante papel en la plasticidad sináptica. Así, en situaciones de descanso para sujetos sanos, se produce un nivel de sincronización de las redes neuronales relativamente bajo y fluctuante. En cambio, en ataques de epilepsia, se comprueba una situación de hipersincronicidad. En encefalopatías degenerativas se registra un nivel anormalmente bajo en el área de sincronización.

La sincronización es un mecanismo típico que subyace a los procesos cognitivos, como sucede, por ejemplo, con el aprendizaje asociativo. Según Singer (1994), las neuronas que codifican características de una escena visual, se acoplan selectivamente a través de conexiones excitatorias recíprocas y realizan repuestas rítmicas ante sus estímulos preferidos. Estas respuestas rítmicas pueden sincronizarse después de la estimulación repetida. Las asambleas neuronales pueden ser identificadas por su sincronía al activarse más que por cambios en la tasa de activación. Esto daría lugar a la coexistencia de varias asambleas en la misma región cortical, mostrando una dinámica flexible y robusta.

Para interacciones inhibitorias entre neuronas oscilatorias, el estado de sincronía es estable, más allá de los parámetros y de la conectividad de la red, lo cual demostraría la importancia de las interacciones pulsátiles en la dinámica de la sincronización biológica. Se ha hipotetizado que los patrones de activación neuronal podrían generarse dinámicamente por el córtex cerebral. Los estados en los cuales las unidades se activan de una manera temporalmente irregular y los estados con una actividad asincrónica irregular pueden ser atractores que coexisten en la misma red. Las redes estructuradas pueden poseer una gran variedad de estados dinámicos en los que los tiempos de activación sean precisamente coordinados. Las fuerzas de acoplamiento entre las redes pueden ser muy heterogéneas y darse patrones precisos de activación temporal en lugar de un estado sincrónico simple. Pero, en cualquier caso, entender las propiedades de estabilidad y de robustez de las redes dinámicas cerebrales no parece una tarea que esté fuera de nuestro alcance y, por lo tanto, la comprensión de la clave quizá esencial del comportamiento del cerebro.

Susanne Schreiber: la gran esperanza de la Neurociencia

Voilà, pues he aquí que tenemos a una digna sucesora de Cajal a comienzos del siglo XXI. Se llama Susanne Schreiber y tiene 32 años. Acaba de ganar en 2008 el Premio Bernstein en Neurociencia Computacional, algo así como el Nobel de la especialidad, dotado con más de un millón de euros. Desde aquí vaticino que la investigación acerca del ritmo neuronal, sin duda, la auténtica clave de bóveda para comprender el funcionamiento del cerebro, va a estar marcada por ella y por su equipo de Berlín en la próxima década. Espero poder escucharla y conocerla este mes de julio, en el contexto del Congreso Internacional de Neurociencia Computacional, organizado por la OCNS, precisamente en la capital alemana.

Seamos de una vez por todas serios y realistas: nos acercaremos a la comprensión del cerebro en la medida en que entendamos su actividad, su ritmo de funcionamiento. Por lo tanto, y aún a riesgo de que algún genetista o especialista en química molecular que leyera esto, pudiera manifestar su disconformidad, el tren del entendimiento del cerebro no pasa exclusivamente por allí, como se nos pretende hacer creer ante la cascada infinita y reciente de artículos sobre combinatoria molecular o replicación genética. No. De acuerdo, se trata de los fenómenos primarios, de los fenómenos subfenoménicos, y el mal funcionamiento del dispositivo molecular neuronal eventualmente lleva a enfermedades neurológicas. Pero son las oscilaciones de la red neuronal las que tienen verdadero poder explicativo a nivel macrofenoménico. Claro, ésta es una empresa enormemente complicada, como no podía ser menos. ¿Por qué? Porque hay que descender al nivel de las neuronas simples. ¿Cómo las características de las neuronas aisladas influyen en la función de las redes más extensas en el cerebro? Esta es la pregunta

No todas las neuronas computan de la misma manera. Algunas neuronas producen "trenes" de impulsos en una sucesión rápida. Otras envían impulsos simples a intervalos regulares. Parece claro que cada célula o grupos de células posee un ritmo preferido a la hora de enviar impulsos.

¿Cómo las propiedades de respuesta de las neuronas influyen en la función de redes neuronales extensas? Grandes grupos de neuronas envían impulsos a un ritmo común, entrando en una "oscilación" colectiva a través de la interacción mutua. Esta conducta oscilatoria y su disfuncionalidad, puede ser un gran predictor de patologías, tales como la epilepsia, o de dificultades en el almacenamiento por parte de las diversas memorias.

Schreiber y su grupo investigan los mecanismos responsables de la oscilación sincrónica de las redes de neuronas y cómo las células individuales pueden mantener el ritmo. Y es que las propiedades individuales de respuesta de las neuronas individuales parecen ejercer efecto sobre la sincronización de la red. Esto se traduciría en la necesidad de elucidar la conexión entre los canales de iones de las células y sus características de respuesta.

Desde aquí queremos felicitar al "Bernstein Center for Computational Neuroscience" por su decisión de premiar el esfuerzo de Schreiber y su grupo por aupar la Neurociencia Computacional a unas propuestas tan llenas de ambición y prometedoras. Sin duda, es la suya una de las grandes apuestas en la investigación del cerebro en nuestro siglo.

Alberto Portera: gran divulgador de la Neurociencia

Tuve el honor y el placer de saludar al profesor Alberto Portera el día 26 de agosto de 2008, recién finalizada la sesión de "Historia de la Neurología", que los profesores Jesús Porta-Etessam e Iván Iniesta, habían preparado para el duodécimo congreso de la EFNS de 2008 (ya reseñado en este blog). La sesión había estado muy animada, con una magistral intervención del profesor Javier De Felipe sobre los estudios de Cajal acerca de las espinas dendríticas y con Portera, clausurándola con un documental sobre el laboratorio de Cajal, que tomaba como metáfora e hilo conductor un caso de neuropatología. Finalizada a las 12.00 h., se organizaba una visita al antiguo hospital de San Carlos, como homenaje al gran premio Nobel aragonés. Otro aragonés, éste de Caspe, había salido de la sala junto al profesor Porta, y estaban hablando acerca de regresar a casa. La "expedición" al hospital quedaba para los invitados extranjeros...

Nacido en 1928, realiza la carrera de Medicina en la Universidad de Zaragoza. Se desplaza a París y a Estados Unidos, donde ejerce la docencia en las Universidades de Georgetown y de Maryland. En 1960 se incorpora a la Cátedra de Patología Médica del Hospital Clínico de la Universidad Complutense, obteniendo en 1996 la primera Cátedra de Neurología creada en dicha Universidad. Centenares de médicos y miles de pacientes han pasado por sus manos. Ha sido Presidente de la Comisión Nacional de Neurología de la World Federation of Neurology y Académico de número de la Real Academia de Doctores. También de la Real Academia de San Fernando, dada su extraordinaria vinculación con el mundo del arte. Artistas como Millares o Antonio López han sido testigos de esta auténtica pasión. Directos de los cursos de verano de la UCM en el Escorial, fue nombrado Catedrático Emérito de Neurología en 1999.

Una vida vinculada a un modelo de tenacidad investigadora: el de Ramón y Cajal. En el Congreso reseñado inauguró su presentación bromeando con su interés por la Neurología, con pegatina incluída, "I love Neurology". Pero, sobre todo, nos recordó algo esencial: que no hay mejor manera de mantener un cerebro activo que el ejercicio mental permanente y que ante una sociedad cambiante, llena de incertidumbre, en la que la prisa desbocada es ley, sólo el control de la mente puede propiciar un anclaje sólido. Y es que hay una palabra básica en el diccionario del profesor Portera, aquélla que siempre ha guiado su conducta y su labor investigadora: responsabilidad, responsabilidad con nosotros mismos y con los demás.

Winter School 2009: Social Structures in Communication Networks

Entre los días 5 y 10 de enero de 2009 se ha celebrado en la Universidad de Lisboa, la "Winter School 2009: Social Structures un Communication Networks". La Escuela sirvió para presentar el Programa de Doctorado Internacional sobre Ciencias de la Complejidad, patrocinado por la Universidad lisboeta. El evento reunió a especialistas y estudiantes interesados en el análisis de cuestiones tales como la estructura formal de Internet y de otras redes sociales. El lunes, día 5, Jorge Louça, principal organizador de la Escuela, realizó la presentación, dando paso a Tanya Araújo. La profesora Araújo revisó las siguientes cuestiones: (1) las posibilidades reales de que los modelos de redes inspirados en la Biología, puedan servir para una mejor comprensión de las conductas de tipo macroeconómico; (2) dado que las estructuras de redes, tal y como funcionan en los sistemas biológicos, son redundantes más que óptimamente eficientes, sería pertinente clarificar la idea de eficiencia, frente a la de confiabilidad, en los entornos de tipo socio-económico. A continuación, Jorge Louça y David Rodrigues hicieron un recorrido en el uso de herramientas de visualización y análisis de redes dinámicas que, a los que habitualmente trabajamos con modelos de simulación computacional, nos resultó de mucha ayuda: NWB, PAJEK, GUESS y UCINET fueron introducidas.

El martes, día de Reyes, intervino por vez primera, el gran especialista John Symons, de la Universidad de El Paso, en Texas. Su primera aportación fue meramente propedéutica, para dar paso a las 19.30 h., a una ponencia, titulada "Computational models: prospects and pitfalls", en la que introducía algunas de sus recientes investigaciones. Y así, aludió al sugestivo tema de la emergencia en las redes sociales. El enfoque de Symons ofrece una alternativa a los modelos de emergencia basados en macro-propiedades. La emergencia no se restringe a macro-fenómenos sino que también aparece en la intersección de relaciones o redes. Symons asume una concepción anti-reduccionista de la conducta colectiva y distingue entre intencionalidad colectiva e individual. Dicha intencionalidad puede moldearse en sistemas multi-agente. Precisamente, al día siguiente, los profesores Louça y Rodrigues incluyeron en su charlas algunos instrumentos de simulación para entornos multi-agente, tales como MASON, NETLOGO y BREVE. El valor que tuvo una presentación como ésta fue más bien el incidir en las últimas evoluciones que van recibiendo estos lenguajes. El profesor Palla, de la Universidad de Budapest, cerró la jornada hablando sobre propiedades estadísticas en redes complejas. He de confesar que yo ya no pude estar presente durante esta jornada ni en las jornadas de cierre de la Escuela, los días 9 y 10. Por lo tanto, me quedé con las ganas de escuchar el viernes a los profesores Marinheiro y Lopes, así como de asistir el sábado a la "keynote talk" del profesor Sterbenz, de la Universidad de Kansas.

Desde aquí quiero agradecer a la Universidad de Lisboa el enorme esfuerzo que está realizando por situarse junto a París, Santa Fé y Texas, entre los primeros lugares del mundo en los que se está construyendo el nuevo paradigma de la Ciencia de los Sistemas Complejos, el paradigma del que Stephen Hawking ha aseverado que es la Ciencia del siglo XXI. Ni que decir tiene que nuestra comprensión del "sistema complejo más complejo" que conocemos, el cerebro humano, se verá enriquecida decisivamente por este enfoque que, como tierra prometida, se presenta como tarea en este siglo.

Os dejo aquí el vínculo de este evento:

http://idpcc.dcti.iscte.pt/ws2009/ws2009_home.html

Sinergética y actividad neuronal

La sinergética o ciencia de la cooperación fue introducida por Hermann Haken, uno de los pioneros en el estudio del láser, en 1970, en una conferencia impartida en la Universidad de Stuttgart. En una interesante entrevista, realizada por Vinzenz Schönfelder y que ha aparecido publicada en el número 33 (Noviembre-Diciembre, 2008) de la revista "Mente y Cerebro", el prestigioso científico alemán comenta que sú ámbito actual de investigación se centra en intentar comprender mejor la actividad de las neuronas a partir de su original perspectiva, basada en el estudio de sistemas auto-organizados.

Observemos la luz emitida por un láser. Lo cierto es que los átomos parecen organizar su propia conducta. Se trata de un ejemplo de cómo un estado físico de desorden se traduce a un movimiento ordenado. El láser exhibe todas las propiedades de una transición de fases, incluyendo fluctuaciones y ruptura de simetrías. Como todos los sistemas biológicos, el láser es un sistema abierto y se configura como un excelente caso de conexión entre el reino de lo inanimado y la naturaleza animada.

Una vez que las células individuales se ensamblan, parece como si existiera una comunicación entre las mismas, a larga distancia. El intercambio de materia puede hacer que el estado de equilibrio entre dos células sea inestable. Es como el estado de una bola situada en la cima de una colina. Si la bola se balancea a la izquierda, la concentración de un tipo particular de moléculas se incrementa en la célula de la izquierda; si a la derecha, la concentración molecular se produciría en la célula de la derecha: tendríamos un perfecto ejemplo de "curva sinergética".

Mucho ha transcurrido desde el concepto de neuronas polarizadas en Ramón y Cajal. Las neuronas ya no se piensa que formen cadenas funcionando como arcos reflejos. También la idea de transmisión por sinapsis química, tal y como fue descrita por Eccles y otros, no es compartida en nuestros días. Según la versión clásica, la transmisión sináptica tiene lugar en la sinapsis, donde la terminal presináptica contacta con la membrana subsináptica de la neurona postsináptica. La hendidura sináptica separa ambas membranas y el neurotransmisor se difunde a través de esta hendidura. Sin embargo, en muchos casos, la neurona no entra en contacto con su objetivo, puesto que agentes endogénicos realizan esta función. Por otro lado, y como señala Susanne Schreiber, no todas las neuronas "computan" de la misma manera. Cada una tiene su estilo de comunicarse con otras neuronas y la clave estaría en interpretar los fenómenos de oscilación sincrónica que tienen lugar en el cerebro. Y aquí es donde la sinergética puede tener mucho que decir. Diferentes y espontáneos ritmos cerebrales desempeñan un importante papel en la plasticidad sináptica. La simulación de la actividad neuroeléctrica mediante circuitos que usen nociones de la sinergética se presenta muy interesante. Por ejemplo, una de tales nociones básicas es la de bifurcación. Dado un punto de equilibrio, una bifurcación consiste en una separación de ese punto fijo de equilibrio, de manera tal que, a partir de ahí, se pueden producir grandes cambios en el sistema. Pues bien, en las neuronas biestables, aquéllas en las que coexisten estados de descanso y de actividad, la excitabilidad parece relacionarse con la existencia de bifurcaciones. El uso de categorías de la sinergética, como "bifurcación", "atractor", efecto de sincronización", "fluctuación"..., será, sin duda, un terreno conceptual en el que se se produzcan avances decisivos en nuestro entendimiento de la actividad neuronal.

Psicoanálisis y Neurociencia: ¿a la espera de una nueva revolución?

Quien más, quien menos, conoce de sobra la crítica a la carencia de rigor científico por parte del Psicoanálisis. Desde los clásicos planteamientos verificacionistas hasta el falsacionismo popperiano, se produce un indisputado consenso en torno a la imposibilidad de incluir la teoría iniciada por Freud en el recinto de la Ciencia. Y, sin embargo, últimamente las cosas parecen estar cambiando. ¿Por qué? Porque la Neurociencia más puntera está a la búsqueda de sacar el máximo rendimiento posible al paradigma freudiano. En la última década, se están empezando a trazar los mapas cerebrales que puedan remitir a ciertos conceptos básicos psicoanalíticos como los de Superyo o Ello. Por no hablar de su aplicación al diseño de modelos computacionales y agentes artificiales. Testigo de lo primero son las aportaciones, desde el ámbito de la Neuropsicología, de autores como Solms o Turnbull (véase de ellos, por ejemplo, "The Brain and the Inner World", 2002). Testigo de lo segundo son los trabajos de autores de la Universidad de Viena (por ejemplo, Gruber) que, inspirándose en potentes nociones freudianas, están diseñando modelos computacionales de memoria episódica para agentes artificiales.

¿Estamos ante la antesala de una verdadera revolución, comparable, pongamos por caso, a la introducción de la teoría de los sistemas complejos en los años 50 del siglo pasado o a la emergencia de los estudios sobre Vida Artificial en los años 70, a partir de la teoría de algoritmos genéticos de Holland? O, por el contrario, se tratará de una simple moda, de un simple "bluff", más en la línea de los intentos hace décadas de aplicar la teoría de catástrofes prácticamente a todos los ámbitos. Independientemente de los frutos teóricos y prácticos que puedan perdurar de esta línea de investigación, defendemos en este artículo la necesidad de nuevas perspectivas como ésta, aún cuando las herramientas matemáticas no estén todavía lo suficientemente afinadas como para asegurar su consolidación y perdurabilidad.

Freud fue uno de los primeros autores en afirmar que nuestra vida mental opera de una manera inconsciente y que la conciencia es simplemente una propiedad de una parte de la mente. Muchos científicos cognitivos contemporáneos argumentan que la conciencia tiene una escasa importancia en nuestra vida mental y que muchas de nuestras operaciones mentales son realizadas sin necesidad de la conciencia. Por ejemplo, nosotros podemos recordar inconscientemente a través de la memoria implícita. A partir de 1923 la consciencia no será para Freud un principio fundamental organizador de la mente. Él atribuyó las propiedades asignadas previamente al sistema consciente y preconsciente, al "Ego". Pero sólo una pequeña porción de las actividades del "Ego" era consciente. Su propiedad funcional básica era más la inhibición que la conciencia. En terminología actual, la base del "Ego" sería el control ejecutivo sobre las funciones automáticas de la mente, o lo que Damasio llamaría el "yo autobiográfico". La memoria episódica, que, en definición de Schacter (1996), nos permite recuperar explícitamente las incidencias personales que definen nuestras vidas, es el elemento esencial del "yo autobiográfico". Andreas Gruber, de la Universidad de Viena, ha desarrollado en 2007 un modelo computacional de la memoria episódica, que toma en consideración algunos de los principales conceptos freudianos, en concreto, el de "Ello" y "Yo". Gruber modela la influencia de estímulos internos mediante variables como el nivel de energía, así como los niveles de "impulsos" y "emocionres básicas". Si hay un desequilibrio, los impulsos se ven afectados y pueden iniciar una conducta de búsqueda activa. La toma de decisiones en el bajo nivel es realizada en un módulo de pre-decisión que consta de los módulos de impulsos y emociones básicas. De algún modo, aquí quedaría reflejado el "Ello" de Freud. En cambio, las situaciones percibidas (el "Yo" freudiano) encontrarían cobijo en un módulo de decisión de alto nivel. Las emociones complejas interactuarían con la memoria episódica, buscando situaciones similares a la actual e incluyendo el aspecto emocional.

Es curioso cómo más de 80 años después, la Neurociencia y la Inteligencia Artificial están dirigiendo su mirada hacia el fundador del Psicoanálisis, reverenciado por haber introducido una ruptura esencial en el pensamiento de la humanidad pero, al mismo tiempo, acusado de haber encarnado una metodología acientífica. ¿Nos traerá este siglo una inesperada y fértil síntesis que sitúe definitivamente a uno de los paradigmas más rupturistas en la rigurosa senda de la ciencia?