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Millones para el cerebro

La Unión Europea y Estados Unidos han tomado sendas iniciativas para impulsar la investigación del cerebro. La inversión, mil millones de euros en la Unión Europea para los próximos años, y 200 millones de dólares en Estados Unidos solo para 2014, augura importantes avances en tecnología y en conocimiento básico. España, atenazada por los recortes y por los objetivos de ambas iniciativas, jugará un papel marginal.

  • Xavier Pujol Gebellí

L
as neurociencias, en su conjunto, están de enhorabuena. O lo estarán en un futuro que, aunque lejano, ya ha empezado a andar con expectativas de recursos suficientes a su alcance. Desde Estados Unidos se anuncia el proyecto Brain, que nace con la promesa de una inyección pública de 100 millones de dólares para 2014, a los que hay que sumar una cifra equivalente procedente de fondos privados. Y desde Europa, la Comisión ha anunciado la inmediata puesta en marcha de una gran iniciativa dotada con mil millones de euros para los próximos diez años. El desarrollo de nuevas tecnologías con las que avanzar en conocimiento es el objetivo de ambas propuestas.

Ambas iniciativas vienen a representar lo que ya se conoce en determinados ámbitos como el desembarco de lagran ciencia en el estudio del cerebro. O, lo que viene a ser lo mismo, trasladar los objetivos que en su día impulsaron el Proyecto Genoma Humano no tanto en términos de generación de conocimiento básico como de impulso de «herramientas innovadoras», como se describe desde el proyecto europeo, para facilitar la adquisición de ese conocimiento.

La gran ciencia sobre la que van a basarse ambos proyectos se fundamenta en una premisa común, el desarrollo de tecnologías. En el caso americano, para entender cómo se transmiten las señales nerviosas a partir de una única neurona hasta llegar a formar conexiones complejas; en el caso europeo, para acelerar la comprensión de las columnas neuronales de la corteza cerebral. La supercomputación, con todas sus variantes de herramientas de cálculo, análisis y simulación, es el nexo de unión.

Tras la supercomputación, que exigirá máquinas más rápidas y potentes, otras tecnologías van a verse beneficiadas. La más obvia es la relacionada con la imagen. Todo cuanto se analice va a tener que ser visualizable. Pero hay otras como la robótica, la microelectrónica y, en general, nuevas tecnologías de la comunicación, informática y otras que, según sus promotores a ambos lados del Atlántico, podrían llegar a ser disruptivas.

Del conectoma a la neurogenómica

Caenorhabditis elegans

El Proyecto Conectoma Humano, junto con el Blue Brain, están considerados como los puntos de partida de la denominada gran ciencia para el estudio del cerebro. Con objetivos claramente diferenciados (y socios suficientemente distanciados), el primero –nacido en 2008– persigue establecer el mapa completo de las conexiones del cerebro, algo así como la integración en un único modelo de millones de neuronas y billones de conexiones. La Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) y el Hospital General de Massachusetts son sus impulsores. Por su parte, el Proyecto Blue Brain está liderado por la Escuela Politécnica Federal de Lausana (en Suiza) y el gigante informático IBM y su pretensión es modelizar y simular el comportamiento de columnas neuronales (se estima que en el cerebro hay 500000 columnas compuestas por unas 60 000 neuronas cada una). Ambos proyectos compiten en el tiempo por los impulsados por la Fundación Allen que ha generado a lo largo de la última década diversos atlas del cerebro, además de ingentes cantidades de bases de datos.

El único conectoma que hasta la fecha puede considerarse completo es el de Caenorhabditis elegans, con poco más de 300 neuronas y unas 7000 conexiones interneuronales. Se estima que en el cerebro humano hay más de cien mil millones de neuronas y diez mil veces más de conexiones. Los hitos conseguidos hasta la fecha están aportando las primeras imágenes de un cerebro «vivo» –aunque in silico– y permiten navegaciones con un cierto nivel de detalle a través de las distintas áreas cerebrales.

La neurogenómica, la que podría considerarse como punto de convergencia de estos proyectos, así como de las grandes iniciativas europea y estadounidense, no es más que el estudio genómico de las neuronas. Por tanto, de los genes, su expresión y su relación en el sistema global. No se trata, pues, de una nueva disciplina, ya que de genes en el cerebro, su expresión y las funciones por las que codifica se lleva años trabajando, sino de un nuevo vocablo que indudablemente va a ponerse de moda. Al fin y al cabo, es una de las patas –aun siendo importantísima– del estudio del cerebro.

Los logros del instituto suizo son sobre todo tecnológicos, como atestigua su estrecha vinculación con el Blue Brain Project. Pero hay más. Su labor se ha extendido también a la neurobiología de los mecanismos del cerebro, con énfasis en los procesos neurodegenerativos, la comprensión de la sinapsis y su relación con los trastornos de la conducta o las psicopatologías.

Pero es el éxito alcanzado en colaboración con IBM y la puesta a punto de la Plataforma de Simulación del Cerebro, la mayor y más completa en el mundo en su categoría, la que ha situado a la EPFL como una de las instituciones líder del macroproyecto europeo. Lo cual no es poco, puesto que en el mismo se integran a fecha de hoy 88 participantes, entre públicos y privados, en uno de los dos FET Flagships para el desarrollo tecnológico y la innovación designados por la Unión Europea. El segundo, con equivalente presupuesto asignado, corresponde a la I+D asociada al grafeno.

Los objetivos estratégicos que se plantean, dada su condición de «búsqueda de innovaciones disruptivas», pasan inequívocamente por el diseño y puesta a punto de plataformas tecnológicas basadas en ciencias de la información, lo cual significa, en esencia, todo tipo de aplicaciones bioinformáticas con la supercomputación al frente.

En concreto, se pretende construir seis grandes plataformas: neuroinformática, simulación del cerebro, computación de altas prestaciones, informática médica, ingeniería neuromórfica y neurorobótica. En todos los casos se persigue que las plataformas se basen en las instalaciones actualmente en marcha, de modo que puedan verse potenciadas con nuevas líneas de trabajo. Eso significa que no van a ser exclusivas del Human Brain Project.

Entre las grandes áreas de investigación, como puede deducirse de la orientación de las seis plataformas, se plantea sentar las bases de lo que desde la Unión Europea se ha venido en llamar el futuro de las neurociencias, de la medicina y, por supuesto, de la computación. Por tanto, va a tratarse de líneas de investigación claramente orientadas en las que la ciencia básica va a ser un recurso fundamental, puesto que se precisa conocimiento, pero no el principal. Este será el desarrollo tecnológico.

«Detrás de estas estrategias de desarrollo subyace la idea de llegar a simular una neurona, sus conexiones en un circuito concreto y su interacción con el cerebro completo, así como con el organismo que gobierna.»

Así, cuando se habla del futuro de las neurociencias se refiere a su desarrollo in silico,de forma que sea posible realizar experimentos que serían técnica o éticamente imposibles en modelos animales o en humanos. Para ello es preciso compilar la ingente cantidad de datos de los que ya dispone la comunidad científica, más aquellos que puedan generarse a partir de ahora, para cruzarlos «en todos sus niveles» para alcanzar hasta el último detalle de los mecanismos moleculares, bioquímicos o fisiológicos que rigen desde los genes a las células y circuitos hasta la emergencia del conocimiento y la conducta.

En cuanto a la denominada medicina del futuro, se trata de compilar y analizar todos los datos que permitan modelizar, y por tanto simular, el comportamiento del cerebro sano y de las enfermedades neurológicas y psiquiátricas. Para llegar a una correcta simulación, predicen los expertos de la Unión Europea, es preciso un plan para la adquisición y análisis de datos y su posterior integración. Data Mining, tecnologías de imagen o supercomputación, con el desarrollo de nuevo hardware y software, van a ser los grandes destinatarios de esta línea, lo cual concuerda con los objetivos de nuevas líneas de computación, para las que se prevén desde nuevas máquinas hasta nuevas aplicaciones.

Detrás de estas estrategias de desarrollo subyace la idea de llegar a simular una neurona, sus conexiones en un circuito concreto y su interacción con el cerebro completo, así como con el organismo que gobierna. Es a partir de esta idea que se pretende simular enfermedades y, a la par, identificar dianas terapéuticas, uno de los gravísimos problemas, si no el que más, con el que se enfrentan la medicina y la farmacología del cerebro.

La opción Obama

«Hace cinco años el proyecto BRAIN hubiera sido imposible; dentro de cinco años será demasiado tarde.» La cita es de Francis Collins, director de los Institutos de Salud de Estados Unidos (NIH), una de las potentes instituciones asociadas a la llamada opción Obama, el proyecto Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies, una propuesta que de algún modo viene a ser el contrapunto de la iniciativa europea y cuyo alcance, en términos de adquisición de conocimiento, parece ir mucho más lejos.

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La iniciativa está dotada, para su primer año de viaje, de 100 millones de dólares procedentes de las arcas públicas. La National Science Foundation (NSF) contribuye con 20 millones, DARPA, con 40 millones, y el consorcio Neurosciences Blueprint, formado por los 15 centros que forman los NIH, aportará los 40 millones restantes.

A los fondos públicos se le sumarán recursos privados que, previsiblemente, van a doblar el presupuesto inicial. Entre otros, la Fundación Allen, creada por el cofundador de Microsoft, Paul Allen, ya ha anunciado su intención de sumar esfuerzos y recursos. Esta fundación, consagrada a las «ciencias del cerebro», está dotada con 500 millones de dólares y entre sus hitos destaca la generación de un atlas del cerebro basado en la expresión génica (algunos autores lo consideran el primer paso en la senda de la «gran neurogenómica»).

Aunque el objetivo último de BRAIN es visualizar la actividad de cada neurona en conexión con las que tiene relación, a nadie escapa que por el camino va a ser necesario el desarrollo de nuevas tecnologías que lo hagan posible. Bioinformáticas, como en el caso europeo, por supuesto. Pero, en este caso, la nanotecnología y la microelectrónica van a jugar un papel muchísimo más relevante del mismo modo que la generación de conocimiento básico.

Figura 1. Presentación el pasado 20 de junio en la Casa Blanca, en una sesión de pósters científicos, del Proyecto Conectoma Humano (HCP), a cargo de David Van Essen (izq.), de la Universidad de Washington, codirector del consorcio que desarrolla la iniciativa

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El interés por apoyarse en otras iniciativas de gran calado actualmente en marcha en Estados Unidos, como el Atlas de la Fundación Allen o el Proyecto Conectoma Humano, alimentan esta tesis. No en vano, como dijo el propio Barack Obama en la presentación de la iniciativa, se trata del «próximo gran proyecto americano». A su entender, solo comparable en dimensión a otras grandes propuestas como «el proyecto Manhattan o a las misiones tripuladas a la Luna», aunque la propia comunidad científica se ha encargado de matizar el nivel de ambición. Probablemente, sostienen varios analistas, la suma del esfuerzo estadounidense y del europeo podrá equipararse en un futuro al Proyecto Genoma Humano en cuanto a facilitador de tecnología y, con ella, de conocimiento básico, sostienen.

Sea como fuere, nadie puede negar la ambición de una propuesta que persigue poder ver la actividad de miles, «cuando no de cientos de miles o millones de neuronas simultáneamente» y su relación con la conducta o con enfermedades mentales. Las nuevas herramientas, además de las bioinformáticas, van a ser modelos animales, un aspecto radicalmente distinto a la propuesta europea.

El peso de la nanotecnología, otro de los elementos diferenciales, se explica por su asociación con la microelectrónica y la fotónica para el desarrollo de dispositivos que ayuden tanto a calibrar la señal eléctrica como a visualizar, además de identificar, las rutas a través de las cuales se desarrolla la actividad sináptica, la formación de circuitos neuronales, la regeneración neuronal u otros fenómenos que se dan en el cerebro. A todo ello hay que añadir el potencial de la biología sintética en este campo.

Entre los objetivos estratégicos que plantea BRAIN destaca la generación de algo así como un teletipo molecular basado en la DNA polimerasa para el estudio, entre otros, de los canales de calcio y sodio; la puesta a punto de sistemas para identificar el origen de los miles de datos que van a generarse, además de su ruta; técnicas de visualización basadas en la fotónica; sondas de exploración nanoscópicas; y sistemas bioinformáticos para el análisis y cómputo de los datos obtenidos.

Participación marginal de España

¿Repercutirán de algún modo las grandes iniciativas de estudio del cerebro en la ciencia española? Muy probablemente sí, pero en muy poca mesura por el momento. Esta es la impresión que se desprende tanto de los objetivos generales del proyecto estadounidense BRAIN como del europeo Human Brain Project.

«Hay poca ciencia húmeda», señala con respecto a la propuesta de la Unión Europea, Juan Lerma, director del Instituto de Neurociencias de Alicante. «[La iniciativa] es una buena noticia para todos, pero el sesgo tecnológico hace que muchos centros e investigadores excelentes se queden al margen.» Y no solo en España, donde «ha sorprendido» que algunos grupos se hayan visto excluidos, sino también en Europa. En todo caso, el experto agradece que «por fin» se reconozca la importancia de las neurociencias como prioridad europea.

Donde sí va a haber repercusión va a ser en supercomputación. En concreto, en análisis masivo de datos y generación de nuevo software de simulación. Una oportunidad que Mateo Valero, director del Barcelona Supercomputing Center (BSC), valora en su justa medida. La inclusión del BSC «reconoce el buen hacer de nuestros expertos» en un reto que califica como «apasionante» por su dimensión y sus objetivos.

Con todo, la presencia española se antoja más bien testimonial, cuando no marginal. Como ya ocurriera con el Proyecto Genoma Humano y los inicios de la genómica, en los que España como país quedó fuera de la iniciativa y solo grupos puntuales tuvieron representación, en el estudio global del cerebro y la puesta a punto de nuevas herramientas todo indica que va a suceder lo mismo.

«El proyecto europeo no refleja el peso de la neurociencia española», lamenta Lerma. «Por suerte», añade, «la ciencia son vasos comunicantes». En la medida en que los proyectos que se propongan desde grupos españoles, dice convencido, la ciencia española se irá beneficiando de las iniciativas que se lancen desde otros países. Lo cual significa que, hasta cierto punto, se va a tener que ir a remolque de los que sean competitivos. «Somos pocos y pobres, y con los recortes, todo se nos va a quedar obsoleto en cuatro días.» Un lamento cada vez más generalizado en la ciencia española y que refleja la incapacidad de participar en las grandes propuestas internacionales y, por consiguiente, de obtener retornos en forma de adquisición de conocimiento y de recursos económicos.

 


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