El Proyecto Cerebro Humano tuvo un comienzo difícil. Ahora ofrece a científicos de todo el mundo un complejo sistema electrónico para simular la actividad cerebral. Los pacientes con enfermedades graves ya se benefician de ello hoy en día.
Estructura de las conexiones celulares en el órgano de la memoria, el hipocampo.
El Proyecto Cerebro Humano causó sensación en los medios cuando se lanzó en 2013: se suponía que un cerebro humano debía recrearse «in silico», es decir, en una computadora. Eso sonó visionario y, para algunos observadores, incluso loco. Ahora el gran proyecto europeo está llegando a su fin. Su cambio a lo largo de los años ilustra lo que constituye la investigación del cerebro en el siglo XXI.
Aún no se ha aclarado del todo cómo funciona exactamente el cerebro, cómo surgen fenómenos complejos como la conciencia y cómo el cerebro controla la experiencia y el comportamiento humanos. Pero aún queda mucho por hacer. Y pronto podrían allanar el camino para su uso en pacientes, por ejemplo con depresión o epilepsia.
La visión original de crear un cerebro.
En 2013, la promesa del Proyecto Cerebro Humano no solo era visionaria, sino que su enfoque de investigación también era revolucionario: el cerebro debía reconstruirse a partir de sus componentes más pequeños, las células. Los investigadores quisieron entonces observar cómo interactuaban las células en el sistema así creado. Los científicos llaman a este fenómeno «emergencia» cuando partes individuales se organizan de tal manera que surge algo fundamentalmente nuevo. En este caso, la funcionalidad del cerebro debería volverse tangible.
El enfoque metodológico del neurocientífico Henry Markram de la ETH Lausanne, que entonces dirigió el proyecto a gran escala, ya generó controversia durante la fase de solicitud de financiación europea para la investigación. Muchos científicos dudaban de que este enfoque hiciera avanzar la investigación del cerebro. Las críticas y los temores de que el proyecto consumiría demasiado dinero para investigación culminaron en una carta abierta de más de 200 científicos.
El proyecto entró en crisis nada más empezar. Se consultó apresuradamente a los principales investigadores. El neurocientífico inglés Karl Friston, una autoridad en neurociencia teórica, recuerda: “Un 24 de diciembre volé a una reunión de emergencia”. Sería el primero de muchos. Cuando se le pregunta quién sigue actualmente el enfoque propagado originalmente en neurociencia, responde: «No conozco a nadie». Markram tuvo que dejar la gestión del proyecto en 2014.
Una cultura que combina muchos métodos de investigación.
A pesar de este comienzo turbulento, el Proyecto Cerebro Humano es ahora un éxito. A lo largo de los años se han producido alrededor de 3.000 publicaciones científicas. “Al contrario de lo que se suele decir, el proyecto nunca se basó en un solo planteamiento”, afirma hoy Katrin Amunts. Lidera el proyecto desde 2016. Bajo su liderazgo, se aprobaron los dos últimos tramos por un total de casi mil millones de euros en financiación de investigación. A causa de las críticas, se modificaron fundamentalmente los métodos de investigación y, sobre todo, la estructura de gestión del proyecto, afirma Amunts.
Dr. medicina Katrin Amunts es directora del Instituto de Neurociencia y Medicina del Centro de Investigación Jülich y profesora de la Universidad de Düsseldorf. Lidera el Proyecto Cerebro Humano desde 2016.
Si bien inicialmente un equipo directivo de tres personas dominaba las decisiones, el comité directivo se amplió posteriormente. “Hoy trabajamos de forma colaborativa y democrática”, afirma Amunts. A medida que cambió la estructura, también cambió la filosofía de la investigación. En el proyecto se integraron otros enfoques de investigación que examinan los procesos de pensamiento en el cerebro.
Entre ellos se incluye un proyecto que simula el funcionamiento de los cerebros individuales de pacientes con epilepsia grave. Algunos médicos ya están utilizando el «cerebro gemelo» virtual para encontrar la fuente de la actividad epiléptica en el cerebro y luego tratarla quirúrgicamente en el paciente.
Esto se hace como parte de un estudio en pacientes. Mostrará si los pacientes sufren menos síntomas epilépticos después de la operación que después de una operación convencional.
Ebrains combina neurociencia e informática
La simulación del cerebro humano, también a nivel celular, sigue siendo hoy parte del Proyecto Cerebro Humano. Hoy en día, la investigación del cerebro es difícilmente concebible sin la combinación de neurociencia e informática.
Pero a diferencia de la idea original de Markram, las neurosimulaciones se basan en teoría. «Simulamos el funcionamiento del cerebro mediante algoritmos funcionales, como por ejemplo la llamada teoría del campo medio, y nos basamos en la estructura anatómica», afirma Friston. Esta simulación da como resultado un tipo de teoría cuya validez se puede probar y perfeccionar utilizando datos de medición reales.
Fibras nerviosas en la llamada materia blanca del cerebro. Conectan los grupos de células de la materia gris del cerebro. Las fibras se hacen visibles mediante la llamada imagen espectral de difusión (DSI).
Este nuevo enfoque utiliza diferentes tipos de medición cerebral. La estructura celular del cerebro también incluye neuronas individuales y la conexión entre poblaciones de células.
El nuevo enfoque, que combina anatomía y función en una simulación del cerebro humano, requirió una nueva infraestructura técnica. Debería poder reunir la enorme cantidad de datos. Este entorno informático ahora se ha creado con los recursos combinados del Human Brain Project. Ebrains, como se llama la plataforma, es ahora uno de los principales logros del proyecto.
Ebrains hace que los datos de la investigación sean accesibles a todos los científicos
Ebrains es más que una infraestructura de servidores. El médico y neuroinformático noruego Jan Bjaalie es el director de infraestructura del Human Brain Project y uno de los líderes de la plataforma Ebrains. Destaca que es una plataforma que, además del almacenamiento de datos, ofrece diferentes servicios y entornos informáticos.
Por ejemplo, los científicos pueden utilizar Ebrains para acceder a los últimos atlas cerebrales disponibles. No sólo contienen la estructura del cerebro, sino que son una especie de “mapa funcional” que también contiene las posibles interacciones entre las células cerebrales. Por ejemplo, las extensiones de las células se muestran con una resolución de unos pocos micrómetros.
Además, los investigadores del cerebro pueden utilizar la plataforma para encontrar entornos informáticos virtuales que simulen el funcionamiento de células y grupos de células. Y los científicos pueden acceder a la llamada computadora neuromórfica. Funciona más rápido y con mayor eficiencia energética que los ordenadores convencionales porque se basa en la forma en que funciona el cerebro. Desde hace siete años, Ebrains también está disponible para científicos ajenos al Human Brain Project.
El futuro de la investigación del cerebro está en el big data
A diferencia de las plataformas creadas en el marco de la American Brain Initiative, Ebrains se centra en reunir diferentes formas de datos y los servicios necesarios para ello, afirma Bjaalie.
Lo que parece simple es una tarea complicada y constante. Las diferentes medidas deberían compatibilizarse entre sí. Y todos los datos almacenados en la plataforma deben documentarse de tal manera que puedan utilizarse para análisis posteriores.
De hecho, los intentos anteriores de combinar mediciones de diferentes proyectos de investigación habían fracasado debido a la falta de documentación y estandarización. Ebrains ya ha recorrido un largo camino, pero el proceso aún no está completo, afirma el neuroinformático.
Y Bjaalie esboza una visión que podría hacer realidad los análisis de big data: en el futuro, los investigadores podrán publicar no sólo los resultados científicos sino también los datos, con una licencia de Ebrains. La fuente de datos seguiría siendo transparente y, al mismo tiempo, el material de datos seguiría siendo accesible para análisis posteriores. El hecho de que los investigadores del cerebro simplemente almacenen sus datos en un servidor universitario y solo publiquen los resultados pronto podría convertirse en una práctica obsoleta.
El Comité Estratégico de Investigación de la UE (ESFRI) incluyó a Ebrains en su “hoja de ruta” de 2021. Diez universidades y centros de investigación en Europa son responsables del desarrollo de Ebrains, junto con otras 40 instituciones que se han adherido como miembros asociados. Existen buenas condiciones para que Ebrains, con sus más de 160 herramientas, siga siendo conservado y desarrollado por la comunidad investigadora a largo plazo.
Queda por ver si el enfoque colaborativo del Human Brain Project tendrá éxito en el futuro y si Ebrains, el hijo del proyecto, como lo llama el neuroteórico Friston, seguirá madurando. Pero parece que la colaboración entre investigadores del cerebro se ha llevado a un nuevo nivel con el trabajo en el Proyecto Cerebro Humano.
Los científicos preparan un cerebro para examinar la distribución de los componentes celulares.