Hasta ahora, lo que hemos aprendido de neuroanatomía proviene de estudios post-mortem y de las distintas técnicas de neuroimagen. Por ejemplo, técnicas como la resonancia magnética funcional (FMRI), magnetoencefalografía (MEG), resonancia por emisión de positrones (PET), entre otras, y de técnicas de electrofisiología como el electroencefalograma (EEG). Sin embargo, ahora estamos entendiendo mejor procesos como el de la neurogénesis, el crecimiento de los axones o la reproducción neuronal. Y, así mismo, cómo se conforman las primeras conexiones entre estas últimas. Todo esto gracias al desarrollo de una nueva tecnología que nos permite la generación de tejido neural en el laboratorio. Pero, ¿cómo? A través de organoides cerebrales, inteligencia artificial y cyborgs. Veamos más a continuación.
¿Qué son los organoides cerebrales?
La generación de tejidos en el laboratorio es una tecnología bastante conocida. Todos recordamos al pequeño ratón de laboratorio, con una oreja humana implantada en la espalda cuya imagen dio la vuelta al mundo. No obstante, hasta ahora no habíamos sido capaces de cultivar y mantener neuronas con vida el tiempo suficiente como para que desarrollasen conexiones y procesos de crecimiento normales.
Actualmente, se están desarrollando en el laboratorio lo que se ha denominado como organoides cerebrales (OC).
Estos se consiguen utilizando células madre obtenidas de muestras de piel. A partir de un cultivo “in vitro“ de dichas células madre, se generan los tejidos neurales que forman los organoides.
Y, pueden llegar a albergar unos pocos miles de neuronas y crecer hasta, más o menos, el tamaño de una lenteja.
Ahora, para conseguir mantener con vida durante más tiempo a las neuronas, los OC se cultivan en una interfaces de aire-líquido.
Dicha interface consiste en un entorno celular en el que el grupo de neuronas cultivadas tiene debajo los nutrientes que necesita para un crecimiento óptimo y encima el oxígeno que le permite crecer y sintetizar los nutrientes en energía (Stefano et al., 2019).
Gracias a esta técnica de cultivo, se consiguen redes más complejas y axones más extensos. Y, así, es como han conseguido conectar los axones de un organoide con tejido muscular. Con esta técnica, se ha logrado que un OC accione las terminaciones nerviosas del tejido muscular al que es conectado.
Aplicaciones
Inteligencia artificial y organoides cerebrales
Se considera inteligencia artificial (IA) a una rama de las ciencias de computación que estudia los procesos contenidos en un programa informático basado en algoritmos que le permiten la resolución de problemas.
Consecuentemente, estos algoritmos contienen una serie de bucles de programación que proveen al programa la capacidad de resolver situaciones complejas en base a información que ya tiene (Russell y Norving, 2016).
En cierto modo, dichos programas son capaces de aprender a resolver problemas nuevos basados en la información recopilada a partir de su actividad previa.
A estos procesos de retención de información y comparación de la nueva información con la que ya poseía, se los conoce como “machine learning“.
En otras palabras, las inteligencias artificiales son un esfuerzo por emular los procesos cognitivos humanos en un entorno informático.
Organoides cerebrales y cyborgs
Basados en este principio de IA, se han conseguido crear los primeros cyborgs.
Los cyborgs están compuestos por una parte mecánica, es decir, un pequeño robot dotado de sensores y medios de locomoción, y una parte biológica, una red neural cultivada en un laboratorio.
El profesor Kevin Warwick y su equipo de la Universidad de Reading, en Reino Unido, han puesto tejido cerebral orgánico en robots.
El tejido, generado en el laboratorio, es colocado en pequeñas placas con receptores de señales eléctricas. Posteriormente, las placas son conectadas a las terminaciones nerviosas y, a su vez, a los sensores del robot.
Los circuitos permiten la transmisión de información directa desde los sensores del robot hasta el tejido neural biológico.
O, en otras palabras, los sensores del robot transmiten la información a los receptores de la placa cerebral. Y, después, estos receptores transmiten la información a la pequeña red neural que conforma el cerebro biológico del cyborg.
Los robots o cyborgs son capaces de aprender caminos e incluso de tomar decisiones sobre hacia qué lado girar para no chocar contra obstáculos, por ejemplo. Estos cálculos y la toma de decisiones son resultados del funcionamiento del cerebro biológico dentro del pequeño robot.
Investigación clínica con organoides cerebrales
Con esta técnica se están llevando a cabo importantes avances en el entendimiento de los procesos de generación del tejido cerebral (Andrews y Nowakowski, 2019).
Asimismo, se han analizado los factores determinantes en el padecimiento de enfermedades neurodegenerativas como el alzhéimer.
Es más, se está planteando también la posibilidad de estudiar los problemas en la conectividad en padecimientos psiquiátricos, como los trastornos del espectro autista.
Actualmente, los OC están siendo conectados, por primera vez, a tejido espinal y, a su vez, el tejido espinal a tejido muscular.
Como resultado, se busca conseguir que el tejido cerebral accione al tejido muscular haciendo que se contraiga y relaje (Stefano et al., 2019).
Conclusión
Si hablamos de cyborgs, inteligencia artificial u organoides cerebrales, no estamos refiriéndonos a un futuro lejano. Esta nueva tecnología nos abre las puertas al entendimiento de los procesos de formación del tejido cerebral y la creación de las conexiones neurales.
Si llegamos a entender a cabalidad estos procesos, a lo mejor seremos capaces de comprender los mecanismos subyacentes de enfermedades neurodegenerativas como el alzhéimer o el párkinson.
Incluso, podremos llegar a desentrañar los padecimientos resultantes del mal funcionamiento de ciertas conexiones, como en el caso de los trastornos del espectro autista.
El debate ético está servido. Los que se preguntan, ¿hasta qué punto debería permitirse el cultivo de tejido cerebral de forma sintética en laboratorios?, o, ¿y si pueden estos OC desarrollar conciencia?
Sin embargo, dado que los OC contienen unos pocos miles de neuronas, a diferencia de los 86 mil millones que contiene el cerebro humano, la posibilidad de que desarrollen conciencia es mínima.
Referencias bibliográficas
- Andrews, M. G. y Nowakowski, T. J. (2019). Human brain development through the lens of cerebral organoid models. Brain research, 1725(146470). https://doi.org/10.1016/j.brainres.2019.146470
- Arlotta, P. y Paşca, S. P. (2019). Cell diversity in the human cerebral cortex: from the embryo to brain organoids. Current opinion in neurobiology, 56, 194-198. https://doi.org/10.1016/j.conb.2019.03.001
- Giandomenico, S. L., Mierau, S. B., Gibbons, G. M., Wenger, L. M., Masullo, L., Sit, T. y Paulsen, O. (2019). Cerebral organoids at the air–liquid interface generate diverse nerve tracts with functional output. Nature neuroscience, 22(4), 669-679. https://doi.org/10.1038/s41593-019-0350-2
- Russell S. J. y Norving P. (2016). Artificial Intelligence a Modern Approach (Third edition). Pearson Education Limited.
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