Cómo construir un cerebro humano

Mónica G. Salomone

La neurociencia quiere entender el desarrollo cerebral y qué pasa cuando hay fallos en el proceso. / HANS NELEMAN

Ratones capaces de ver como los humanos, moscas insensibles a determinados olores o todo lo contrario; gusanos microscópicos útiles para buscar genes con un papel en la depresión humana. Estos son algunos de los organismos que pueblan los laboratorios de los neurocientíficos. Su objetivo: entender el desarrollo cerebral y qué pasa cuando hay fallos en el proceso. Parece cada vez más claro que enfermedades como la esquizofrenia, el autismo e incluso la depresión, empiezan a fraguarse antes del nacimiento. Dos jóvenes investigadoras españolas han recibido las prestigiosas y competitivas ayudas Starting Grant del Consejo Europeo de Investigación (ERC, siglas en inglés) para buscar respuestas.
 
Las carreras de Eloísa Herrera, del Instituto de Neurociencias de Alicante —del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Miguel Hernández—; y Nuria Flames, del Instituto de Biomedicina de Valencia —del CSIC—, corresponden al modelo de investigador que completa su formación en los principales centros del mundo en su área —en el caso de ambas, en la Universidad de Columbia, en Nueva York—, y la aplican a su vuelta a España. Es la fórmula que mejor garantiza, aseguran los expertos, el avance en I+D. Las ayudas del ERC alejan por ahora a Herrera y Flames de las consecuencias directas de los recortes en la inversión en ciencia en España.
 
Herrera quiere generar ratones capaces de ver en 3D como los humanos. “Los ratones tienen una visión muy pobre, no tienen agudeza visual, no ven en colores… Su visión estereoscópica es peor que la nuestra”, explica. “Queremos hacer ratones transgénicos con un sistema visual más parecido al humano”. Pero no se trata de hacer superratones porque sí, sino para comprender cómo se forman los circuitos nerviosos que nos permiten ver. Un problema inscrito en otro aún más general: descifrar el código de señales que rigen la construcción del cerebro.
 
El término más común en una conversación sobre la formación del cerebro es “complejo”. Y la analogía más recurrente, la del tráfico. ¿Qué pasaría si las señales tuvieran un significado distinto para cada conductor, y, además se encendieran o apagaran según el color de cada coche y la hora del día? La construcción del cerebro está dirigida por un código de circulación así. Y hay un más difícil todavía: las señales son móviles, y el trazado completo de carreteras está en constante crecimiento. “Esto es lo que me parece más fascinante”, dice Óscar Marín, del Instituto de Neurociencias de Alicante. “Es como si cada coche transportara un semáforo”.

La regulación de las señales entre las neuronas cambia con la edad
 
Todos los órganos se desarrollan siguiendo un plan específico, pero el del cerebro es el más complejo. En el humano hay cientos de tipos de neuronas diferentes, y cada una debe colocarse en un lugar específico y conectarse adecuadamente. Los números son de vértigo: unas cien mil millones de neuronas —no se sabe exactamente— que establecen conexiones o sinapsis. El cerebro humano empieza a construirse cuando el embrión tiene unos tres meses, y sigue desarrollándose después del nacimiento. El bebé nace con un trazado de carreteras definido por los genes que termina de afinarse durante la infancia y la adolescencia. Pero ni siquiera entonces la foto es fija: hay un tuneado aún más sutil, para las conexiones más finas, que dura toda la vida y que resulta de la experiencia cotidiana.
 
En el caso del sistema visual, “el primer borrador está acabado sobre unas seis u ocho semanas después del nacimiento”, dice Herrera. Siguen cinco o seis años en que el circuito principal termina de modelarse —los recién nacidos no ven como los adultos, y no les gustan las fotos con flash—. Una de las autopistas de ese circuito va desde la retina hasta la llamada corteza visual, en la parte posterior del cerebro. Es una vía integrada por axones, las terminaciones con que las neuronas conectan entre sí. Herrera quiere averiguar cómo se las arreglan los axones para crecer en la dirección correcta, atravesando toda la cabeza. ¿Qué los guía hasta su destino final, donde dejarán de crecer para empezar a conectarse con las neuronas adecuadas?
 
Se sabe hace tiempo, de hecho ya lo intuyó Santiago Ramón y Cajal hace un siglo, que lo que guía al axón son moléculas que en distintos hitos del recorrido lo atraen o lo repelen. El equivalente a “ven por aquí o aléjate”. Pero hasta los setenta no empezaron a identificarse las primeras moléculas de guía, y es en la última década cuando el área ha entrado en crecimiento explosivo. Ahora se conocen unas cinco familias de estas moléculas. Muchas. Aún faltan, pero para Herrera lo más difícil no es tanto completar la lista sino entender cómo funcionan.
 
Sucede que las señales se activan solo cuando detectan la llegada del axón correcto y durante una ventana de tiempo precisa, a veces de solo unos días. Algo así como si solo se encendiera el semáforo de un cruce cuando llegan coches rojos a una cierta hora. “Lo importante es saber cómo estas moléculas interaccionan, cómo se regula su expresión espacio-temporal de manera tan precisa, cómo se traduce la señal dentro de cada neurona para que emita una respuesta atractiva, repulsiva, de parada…”, dice Herrera.

El proceso empieza a los tres meses de gestación y contnúa durante la vida
 
Su grupo identificó hace unos años unas moléculas de guía claves para la visión tridimensional. Resulta que esta habilidad tiene que ver con el número de axones que, en su viaje, cruzan de un hemisferio a otro del cerebro. En los mamíferos cada retina envía axones a los dos hemisferios cerebrales. Y se sabe que la visión tridimensional es peor en las especies en que, como los ratones, los axones que cruzan son pocos. En los humanos, que vemos bien en 3D, hay tantos axones que cruzan como axones que no cruzan. Una excepción son los albinos: cada una de sus retinas está conectada sólo con un hemisferio, y el resultado es que tienen problemas con su visión tridimensional; lo que ven ambos ojos no converge en el cerebro.
 
En el proyecto seleccionado por el ERC, Herrera y su grupo quieren generar un ratón transgénico con un cableado de axones a la corteza visual más parecido al humano “y estudiar las posibles consecuencias positivas que se puedan derivar este recableado”, explica.
 
Herrera investiga en ratones porque la naturaleza aplica en especies distintas los inventos evolutivos que funcionan bien. Por la misma razón Nuria Flames usa el gusano C. elegans, de apenas unos milímetros de largo. Aunque su investigación tiene que ver con la depresión —humana—.
 
Flames investiga cómo se forman las neuronas que generan serotonina, una sustancia química que permite la comunicación entre determinados tipos de neuronas con un papel clave en la depresión. Los C. elegans no se deprimen —que se sepa—, pero la serotonina interviene, entre otros procesos, en su comportamiento sexual y la puesta de huevos. “Las neuronas serotoninérgicas están muy conservadas en la evolución”, explica Flames. C. elegans no solo tiene, como los humanos, neuronas que fabrican serotonina, sino que además “lo que necesitan estas neuronas en el gusano es lo mismo que necesitan las humanas”, dice Flames.