18/Nov/08

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La vida secreta del cerebro

En 1953 un médico llamado Louis Sokoloff colocó a un estudiante universitario de 20 años en una camilla, fijó electrodos a su cuero cabelludo e insertó una jeringa en su vena yugular

Sokoloff, investigador de la University of Pennsylvania en Filadelfia, estaba tratando de averiguar cuánta energía consume el cerebro durante el pensamiento vigoroso. Él esperaba que el cerebro de su voluntario chupara más oxígeno mientras procesaba los problemas, pero lo que vio lo sorprendió: el cerebro de su sujeto no consumió más oxígeno mientras hacía aritmética que mientras descansaba con los ojos cerrados.

Durante mucho tiempo, la gente ha imaginado al cerebro como una computadora en stand-by, aletargado hasta que es llamado para hacer una tarea, como resolver un Sudoku, leer un periódico, o buscar una cara en la multitud. El experimento de Sokoloff proporcionó un primer vistazo a una verdad diferente: que el cerebro disfruta de una abundante vida privada. Este asombroso órgano, que implica sólo el 2% de nuestra masa corporal pero que devora el 20% de las calorías que comemos, malgasta gran parte de esa energía, hasta donde podemos saber, haciendo absolutamente nada.

"Hay una inmensa actividad en el cerebro [en reposo] que durante mucho tiempo ha pasado desapercibida", dice Marcus Raichle, neurocientífico en la Washington University en St. Louis. "El cerebro es un órgano muy costoso, pero nadie se ha preguntado profundamente de qué se trata todo este coste".

Raichle y un puñado de otros están finalmente enfrentando esta pregunta fundamental: ¿qué está haciendo exactamente el cerebro en reposo, de todos modos? Su trabajo ha conducido al descubrimiento de un sistema muy importante dentro del cerebro, un órgano dentro de un órgano, que se escondió durante décadas justo delante de nuestros ojos. Algunos lo llaman dínamo nerviosa de soñar despierto. Otros le asignan un rol más misterioso, posiblemente la elección de recuerdos y su tramado en un relato personal. Haga lo que haga, se dispara cuando el cerebro está desocupado y quema mucho, chupa más oxígeno, gramo a gramo, que su corazón latiendo.

"Es algo muy importante", dice Giulio Tononi, neurocientífico en la University of Wisconsin, Madison. "No es muy frecuente que un nuevo sistema funcional sea identificado en el cerebro, a decir verdad no ha ocurrido por no sé cuántos años. Es como encontrar un nuevo continente".

El descubrimiento vino lentamente. El experimento de Sokoloff hace 55 años atrajo poca atención. No fue hasta los '80 que los investigadores empezaron a caer en la cuenta de que el cerebro puede estar haciendo cosas importantes mientras aparentemente está en posición neutra.

Escuchando la mente

En aquellos días, una novedosa técnica de escaneo cerebral llamada PEWT hacía furor. Al inyectar glucosa radioactiva y medir dónde se acumulaba, los investigadores podían escuchar el funcionamiento interior del cerebro. En un típico experimento, pasarían el escáner a un voluntario acostado con los ojos cerrados y otra vez mientras hacía una tarea mentalmente absorbente; entonces restaban un examen del otro para encontrar las áreas del cerebro que se encendían.

Raichle estaba usando el PET para encontrar las áreas del cerebro relacionadas con las palabras cuando notó algo raro: algunas áreas cerebrales parecían ir a toda velocidad durante el descanso, pero se calmaban tan pronto como la persona empezaba un ejercicio. La mayor parte de los científicos se encogieron de hombros ante estas rarezas como ruido aleatorio. Pero en 1997, Gordon Shulman, un colega de Raichle, descubrió que no era eso.

Shulman separó una pila de escaneos cerebrales de 134 personas. A pesar de la tarea, ya sea que supusiera leer o mirar formas sobre una pantalla, la misma constelación de áreas cerebrales siempre se atenuaba tan pronto como el sujeto empezaba a concentrarse. "Me sorprendió el nivel de consistencia", dice Shulman. De repente, parecía mucho menos a un ruido aleatorio. "Estaba esta red nerviosa que no había sido descrita antes".

Raichle y Shulman publicaron un trabajo en 2001 donde sugerían que habían tropezado con un "modo por defecto" no reconocido previamente, una especie de juego interno de solitario en que se convierte el cerebro cuando está desocupado y se deja de lado cuando lo llaman para hacer otra cosa. Esta actividad cerebral ocurría en gran parte en un grupo de regiones que forman un arco a través de la línea central del cerebro, de adelante hacia atrás, que Raichle y Shulman apodaron la red por defecto.

Las áreas cerebrales en la red eran previamente conocidas y estudiadas por los investigadores. Lo que no conocían era que parloteaban sin parar cuando la persona estaba desocupada pero se calmaban tan pronto como llegaba una tarea que requería su máxima atención. Las mediciones de la actividad metabólica mostraron que algunas partes de esta red devoraban un 30% más de calorías, gramo a gramo, que casi cualquier otra área del cerebro.

Todo esto plantea la pregunta: ¿qué está haciendo el cerebro exactamente cuándo estamos sin hacer nada? Cuando Raichle y Shulman perfilaron la red por defecto, vieron pistas de su función sobre la base de lo que ya se conocía de las áreas cerebrales involucradas.

Uno de los componentes centrales es la corteza prefrontal medial (vea la imagen); se conoce que valora las cosas desde una perspectiva muy egocéntrica, si son probablemente buenas, malas, o indiferentes. Las partes de esta región también se encienden cuando se pide a las personas que estudien una lista de adjetivos y escoja los que se aplican a sí misma, pero no a Britney Spears. Las personas que sufren daño en su corteza prefrontal medial se vuelven lánguidas y poco comunicativas. Una mujer que se recuperó de una apoplejía en esa área recordó que habitaba en una mente vacía, que carecía de divagaciones, de pensamientos como torrente de ideas que la mayor parte de nosotros damos por sentados.

Las partes de la red por defecto también tienen fuertes conexiones con los hipocampos, que graban y recuerdan los recuerdos autobiográficos como el desayuno de ayer o el primer día en el jardín de infantes.

Para Raichle y su colega Debra Gusnard, todo esto apuntaba a una cosa: a soñar despierto. A través de los hipocampos, la red por defecto podía tocar recuerdos, la materia prima de los ensueños. La corteza prefrontal medial podía entonces evaluar esos recuerdos desde un punto de vista introspectivo. Raichle y Gusnard especularon que la red por defecto podría suministrar al cerebro con un "ensayo interno" para considerar futuras acciones y elecciones.

Randy Buckner, un ex-colega de Raichle y ahora en Harvard, está de acuerdo. Para él, las pruebas pintan la figura de un sistema cerebral involucrado en los actos por excelencia de soñar despierto: considera las experiencias pasadas y especula sobre el futuro. "Somos muy buenos en imaginar mundos posibles y pensar en ellos", dice Buckner. "Ésta podría ser la red cerebral que nos ayuda a hacerlo".

Ahora hay evidencias directas que respaldan esta idea. El año pasado, Malia Mason de la Dartmouth College en Hanover, Nueva Hampshire, informó que la actividad de la red por defecto se correlacionaba con soñar despierto. Usando la técnica de imágenes cerebrales fMRI, Mason descubrió que las personas informaban que soñaban despiertas cuando su red por defecto estaba activa, pero no cuando se atenuaba. Los voluntarios con redes por defecto más activas informaron sobre mayor cantidad de pensamientos divagantes en general.

Soñar despierto podría sonar a un lujo mental, pero su propósito es mortalmente serio: Buckner y su colega Daniel Gilbert, de Harvard, lo ven como la herramienta final para incorporar las lecciones aprendidas en el pasado en nuestros planes para el futuro. Es tan importante este ejercicio, al parecer, que el cerebro se engancha en él cuantas veces le sea posible, y sólo se desconecta cuando tiene que desviar su limitado suministro de sangre, oxígeno y glucosa a una tarea más urgente.

Pero la gente está empezando a sospechar que la red por defecto hace más que sólo soñar despierto. Empezó en 2003 cuando Michael Greicius de la Stanford University en California investigaba la red por defecto de una nueva manera. Puso a sus sujetos acostados silenciosamente en un escáner de fMRI y simplemente miró sus cerebros en acción. Esto lo condujo a encontrar lo que se llaman fluctuaciones en estado de reposo en la red por defecto; ondas lentas de actividad nerviosa que se rizan completamente de un modo coordinado, vinculando su constelación de áreas cerebrales en una unidad coherente. Las ondas duraban de 10 a 20 segundos de cresta a cresta, hasta 100 veces más lentas que las típicas ondas cerebrales de EEG grabadas con electrodos sobre el cuero cabelludo.

Hasta entonces, los científicos habían investigado la red por defecto al viejo estilo, restando escaneos de descanso de los de tarea para medir los cambios en la actividad cerebral. Pero el trabajo de Greicius mostró que se podía escuchar en la red simplemente al escanear a las personas mientras no hacían nada. Esto permitió a los científicos investigar la red en personas que ni siquiera estaban conscientes, revelando algo inesperado.

Raichle informó el año pasado que las ondas de descanso de la red continuaban en monos muy anestesiados como si estuvieran despiertos. Más recientemente, Greicius informó un fenómeno similar en seres humanos sedados, y otros investigadores han encontrado la red por defecto activa y sincronizada en el primer sueño.

Lanzó una traba en la suposición de que la red por defecto sólo se trataba de soñar despierto. "Quedé sorprendido", admite Greicius. "He tenido que renovar mi comprensión de lo que estamos mirando".

Dado que la red por defecto está activa en el primer sueño es tentador relacionarla con el sueño real, pero Raichle sospecha que su actividad nocturna tiene otro propósito: ordenar y preservar los recuerdos. Cada día absorbemos una montaña de recuerdos de corto plazo, pero sólo algunos son en realidad dignos de ser añadidos a nuestra narrativa personal que guía nuestras vidas.

Raichle ahora cree que la red por defecto está involucrada, almacenando y actualizando los recuerdos de forma selectiva, sobre la base de su importancia desde una perspectiva personal, ya sean buenos, amenazadores, emocionalmente dolorosos, y sigue. Para evitar el crecimiento de la acumulación de recuerdos sin almacenar, la red regresa a su trabajo siempre que puede.

En respaldo de esta idea, Raichle señala que la red por defecto parlotea constantemente con los hipocampos. También devora enormes cantidades de glucosa, fuera de proporción con la cantidad de oxígeno que usa. Raichle cree que más que quemar esta glucosa adicional para conseguir energía, la usa como materia prima para hacer los aminoácidos y los neurotransmisores que necesita para construir y mantener las sinapsis, la propia materia de la memoria. "La mayor parte del coste de administrar el cerebro está en esas conexiones", dice Raichle.

Con un rol tan central, no debería sorprendernos que la red por defecto esté implicada en algunas enfermedades cerebrales familiares. En 2004, Buckner vio una presentación por William Klunk en la facultad de medicina de la University of Pittsburgh. Klunk presentó mapas en 3D que mostraban perjudiciales grupos de proteínas en los cerebros de las personas con Alzheimer. Hasta entonces, la gente sólo había mirado estos grupos en una ubicación cerebral a la vez, al disecar los cerebros de pacientes muertos. De modo que cuando Klunk proyectó su mapa entero del cerebro sobre la pantalla, era la primera vez que muchas personas veían la imagen completa. "Fue muy sorprendente", dice Buckner. "Se parecía a la red por defecto".

Raichle, Greicius y Buckner han descubierto desde entonces que el patrón de actividad de la red por defecto es discontinuo en los pacientes con mal de Alzheimer. También han empezado a monitorear la actividad de la red por defecto en personas con moderados problemas de memoria para ver si pueden aprender a pronosticar quién desarrollará el Alzheimer. La mitad de las personas con problemas de memoria van a contraer la enfermedad, ¿pero qué mitad? "¿Podemos usar lo que hemos aprendido para proveer conocimiento de quién está en peligro de Alzheimer?", dice Buckner.

La red por defecto también aparece interrumpida en los otros males que incluyen la depresión, desorden de déficit de atención por hiperactividad (ADHD), autismo y esquizofrenia. También tiene un misterioso rol en las víctimas de lesiones cerebrales o apoplejía que vuelan en el infierno gris entre la conciencia y la muerte cerebral conocido como estado de mínima conciencia o estado vegetativo. Steven Laureys, neurólogo en la universidad de Liège en Bélgica, ha usado el fMRI para mirar patrones de actividad en las redes por defecto de las personas en este estado. "Uno realmente puede ver cómo se debilita esta red cuando el coma se profundiza", dice. Ahora está buscando un vínculo entre la actividad de la red por defecto y si los pacientes recuperarán el conocimiento después de 12 meses. "Estamos esperando mostrar que tendrá un valor como prognosis", dice.

Todo esto viene desde hace mucho tiempo cuando la sorprendente observación de Sokoloff hace 55 años. Observar el cerebro en reposo, antes que pincharlo constantemente para que haga trucos, está ahora revelando el rico mundo interior de nuestros momentos privados. De modo que la próxima vez que esté dando vueltas haciendo nada, tómese un momento para recordarse que su cerebro todavía está trabajando diligentemente, si puede escapar de sus ensueños.

La mente que medita

Cuando los budistas Zen meditan, pueden estar apagando deliberadamente su red por defecto, un sistema recientemente descubierto dentro del cerebro que ha sido vinculados enérgicamente con el soñar despierto.

El objetivo de la meditación Zen es quitar de la mente las divagaciones, los pensamientos de corrientes de ideas enfocando la atención en la posición y la respiración. Giuseppe Pagnoni, neurocientífico en la Universidad de Módena y Reggio Emilia en Italia, se preguntaba si significaba que habían aprendido a sofocar la actividad de su red por defecto.

Reclutó un grupo de voluntarios entrenados en meditación Zen y los puso en un escáner fMRI. Les presentó listas aleatorias de letras y les pidió que determinaran si cada una era una palabra en inglés o sólo galimatías.

Cada vez que un sujeto veía una palabra real, su red por defecto se encendía por unos segundos; era evidencia de ideas provocadas por la palabra, como manzana... pastel de manzana... canela.

Los meditantes Zen funcionaron tan bien como los no-meditantes sobre el reconocimiento de cada palabra, pero eran mucho más rápidos en frenar su ensoñación después, haciéndolo dentro de unos 10 segundos, versus los 15 de los no-meditantes.

Fuente: New Scientist. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard