«Podemos controlar un cerebro con tanta facilidad como con el mando de la TV»

Luis de Lecea, psiquiatra en la Universidad de Standford, dio con el interruptor neuronal del sueño. Con un simple botón puede despertar o dormir ratones con tanta facilidad como cambiamos de canal en la TV. Es pionero en una tecnología que se propaga como el fuego en los laboratorios de neurociencia más avanzados del mundo: la optogenética. Si la invención de los rayos X desnudó el interior del cuerpo humano, la optogenética pone al desnudo los secretos del cerebro. 

«Ya conocemos cómo funciona el sueño, las adicciones, la memoria. Con optogenética ya es posible borrar recuerdos e implantar nuevos. Antes el cerebro era una caja negra, y hemos hecho la luz», dice Luis de Lecea, y no le tiembla la voz.

La base de todo esto es que las neuronas pueden controlarse con impulsos de luz láser. Los recuerdos, estados de ánimo, adicciones, dormir y despertar, enfermedades como el Parkinson y el Alzheimer, e incluso la ira y el amor, son, al fin y al cabo, el producto de circuitos eléctricos de nuestro cerebro. Con optogenética implantan fibras ópticas en el tejido cerebral. Así es posible «encender» o «apagar» circuitos específicos, grupos de neuronas, y controlar sus funciones.

Solo por hacernos una pequeña idea del alcance de la optogenética, la superpoderosa Novartis ha adquirido Vedere Bio, dedicada a terapias génicas y con un ambicioso programa de optogenética dirigido a tratar la ceguera.

La Sociedad Española de Cardiología (SEC) destacó recientemente que la optogenética podría ayudar a controlar la actividad eléctrica del corazón. Con optogenética han tratado ya a ratones adictos a la cocaína, han implantado recuerdos nuevos a pájaros, han activado y desactivado los circuitos que controlan el hambre, y los relacionados con males incurables como el Alzheimer. Incluso han desarrollado un microchip que ayuda a adelgazar a quien se lo implantan.

Ratones con botón on/off

Para hablar de todo esto me cito vía  Zoom con el profesor Luis de Lecea. Formado en Biología en la Universidad de Barcelona y en el Instituto de Investigación Scripps (San Diego, Estados Unidos), hoy director del Laboratorio de Neurobiología de Estados Cerebrales del Departamento de Psiquiatría y Ciencias del Comportamiento de la Universidad de Stanford y pionero en el desarrollo de métodos de optogenética in vivo. 

En 2007, De Lecea localizó el circuito neuronal que nos hace dormir, el que permite la transición del sueño a la vigilia, y pudo, además, controlarlo en ratones. Su trabajo fue publicado en la revista Nature. Estableció la conexión entre el control del sueño y un grupo de unas 3.000 neuronas. Armados con este diagrama, De Lecea y su equipo lograron dormir y despertar a los ratones a voluntad.

«El cerebro procesa mucha información antes de poder dormir. Por ejemplo, si estamos estresados, si es de día o de noche, y toda la información que tiene que ver con el ritmo circadiano», explica De Lecea. «Pero nosotros encontramos un tipo neuronal bastante único a la hora de integrar toda esa información. Activando o desactivando ese tipo específico de neuronas hicimos que los ratones despertaran o que se durmieran».

Hasta hace muy poco la única forma de estimular neuronas era emplear electrodos que aplicaban corrientes eléctricas a partes del cerebro. Era un sistema de brocha gorda, las neuronas son demasiado pequeñas y los electrodos estimulaban miles de neuronas. La optogenética, sin embargo, declarada el «descubrimiento de la década» por la revista Nature en 2010, apunta fino.

¿Cómo funciona la optogenética?

Como explica De Lecea, antes era posible registrar cómo se comportaban las neuronas individuales o grupos de neuronas, pero no podíamos ver el circuito. Sin embargo con optogenética es posible identificar determinados marcadores genéticos en las neuronas que pertenecen a un circuito concreto, por ejemplo, el del sueño.

A partir de ahí, utilizan un virus como vehículo, que infecta a la neuronas que expresan ese marcador, y produce un canal iónico sensible a la luz. Cuando se ilumina ese grupo de neuronas, usando un láser con una longitud de onda concreta, solo las que tienen el canal sensible a la luz se estimulan, las neuronas vecinas no.

«Es posible introducir recuerdos en el animal que no existían. Es posible borrarlos, es posible reactivarlos, es posible cualquier cosa».

Para hacer llegar la luz a las neuronas in vivo, se implanta una fibra óptica que accede a la región del cerebro que interesa. La fibra óptica está conectada a un láser o una fuente de luz LED con una longitud de onda determinada. «Esta técnica no llega a humanos porque tiene dos componentes con los que las agencias regulatorias no están de acuerdo», explica De Lecea. «Uno es introducir un virus en el cerebro, algo que obviamente puede producir muchos problemas. El otro es poner una fibra óptica dentro del cerebro». Y así: «Podemos controlar un cerebro con tanta facilidad como con el mando de la TV», afirma De Lecea. «Es posible introducir recuerdos en el animal que no existían. Es posible borrarlas, es posible reactivarlas, es posible cualquier cosa».

Pregunto al profesor De Lecea si para él el cerebro no es más que un circuito eléctrico, y no duda en afirmarlo. Pero tampoco es extraño si pensamos que cuando un feto humano tiene 6 meses, su cerebro empieza a producir señales eléctricas reconocibles como ondas cerebrales. Las células cerebrales humanas cultivadas en laboratorio, conocidas como organoides, siguen el mismo calendario en su desarrollo. Una vez que estos organoides alcanzan entre seis y nueve meses de edad, los patrones eléctricos comienzan a parecerse mucho a los que se verían en un bebé prematuro. Así, a partir de los seis meses, el cerebro humano empieza a construir los circuitos diferenciados que le permitirán dormir, llorar, comer, crecer,  y también algo tan que nos hace sentir que somos quien somos: recordar.

Implantar el recuerdo de un canto a un pájaro

Hace apenas unos meses, la revista Science publicó el resultado de una investigación realizada con diamantes mandarín, también llamados diamante cebra, unos pájaros pequeños, coloridos y sociables, originarios de Australia. Los investigadores de la Universidad de Texas Southwestern implantaron recuerdos en el cerebro de un grupo de estas aves que habían sido criadas sin sus padres. Así consiguieron que recordaran un canto que jamás habían oído.

De Lecea tiene una visión muy clara sobre los límites, o la falta de ellos, de esta tecnología para tratar enfermedades mentales.

«El circuito del Parkinson ya más o menos se conocía. Pero la optogenética ha dado nuevas claves sobre su disfunción. Unas neuronas degeneran y como consecuencia otras se sobreestimulan. Esto hace que el equilibro de excitación e inhibición se rompa. Aún no conocemos cuál es el equilibrio que se rompe por ejemplo en casos de depresión o en la ansiedad, pero lo conoceremos», comenta De Lecea.

¿El botón que acabará con las adicciones a las drogas?

Científicos de la Universidad de California y del Instituto Nacional para el Abuso de la Droga de Baltimore (EE UU) revertieron la adicción en ratones adictos a la cocaína. En su artículo, explican que el consumo continuado de cocaína disminuye la actividad en la corteza prefrontal del cerebro, y esta relajación induce la búsqueda de la droga de manera compulsiva. Al “encender” de nuevo estas neuronas los ratones dejaron de buscar desesperadamente la cocaína que les había convertido en drogadictos.

«Gracias a la optogenética conocemos hoy mucho mejor cuál es el circuito de la recompensa y cómo se altera en una adicción», comenta De Lecea. «No te digo que se vayan a tratar las adicciones o el Parkinson poniendo electrodos en el cerebro, pero sí te aseguro que ya sabemos mucho más de los detalles que producen esa descompensanción y encontraremos el modo de restaurar el equilibrio», afirma.

«Aún no conocemos cuál es el  equilibrio que se rompe por ejemplo en casos de depresión o cuál es el balance que se rompe en la ansiedad, pero lo conoceremos».

El potencial actual de la optogenética todavía no está en el tratamiento de las enfermedades, sino en la posibilidad de crear un mapa de los circuitos del cerebro que regulan distintos aspectos del comportamiento. Como indica De Lecea, «conocemos bastante bien la secuencia de eventos que regulan, por ejemplo, el consumo de comida, o el sueño, que es mi campo, o comportamientos relativamente complejos como la agresión, defensa, ataque, el estrés, algunos tipos sencillos de recuerdos y sistemas de recompensa».

«Se están desarrollando otras técnicas no invasivas basadas en la estimulación eléctrica, magnética y los ultrasonidos»

Pregunto al investigador si no le resulta frustrante no aplicar estas innovaciones en seres humanos. «Yo no hablaría de frustración», responde. «No puedes imaginar  el grado de satisfacción que produce poder acceder a estos problemas que hasta ahora eran realmente inaccesibles. El conocimiento de estos circuitos es fundamental para avanzar en la siguiente fase, que es manipular esos circuitos».

Controlar sin trepanar

La optogenética ha demostrado que el sistema funciona, pero una técnica que requiere agujerear el cráneo no será seguramente la que lleve la solución a los seres humanos. De Lecea explica que hay técnicas no invasivas como la estimulación eléctrica, magnética y ultrasonidos que llegan para hacerlo posible. «Aún no son tan elegantes como la optogenética, pero habrá otros avances que nos permitirán acceder a tipos celulares con una precisión mucho mayor que la que tienen ahora», concluye el investigador.

La optogenética está trazando un nuevo mapa del cerebro con una precisión desconocida hasta ahora, aunque todavía faltan por trazar muchas avenidas e intersecciones. «De momento sólo estamos localizando grupos neuronales con unos miles de neuronas, pero Mark Schnitzer, un compañero en Standford,  puede registrar hasta un millón de neuronas a la vez con registros ópticos. Como dicen aquí, antes teníamos un píxel de información, ahora tenemos un trocito de pantalla, y eso es una enorme cantidad de datos».

¿Llegaremos a ver desvelado el funcionamiento completo del cerebro humano y controlar la mente? «Yo soy optimista», dice De Lecea. «Otros colegas míos no lo son tanto. Si puedes elegir ser optimista, ¿por qué no serlo?».