Si los científicos pueden descubrir el cerebro, ¿ayudará a curar todas las enfermedades, manejar los sentimientos, controlar los recuerdos y generar ideas como una computadora?
El neurocientífico Ed Boyden habló sobre las perspectivas de la investigación del cerebro, lo que una persona puede lograr si aprende a controlar las neuronas y por qué los proyectos fallidos deben tener una segunda o incluso una tercera oportunidad. Theory and Practice publica una traducción de la entrevista.
“Genere constantemente nuevas ideas. No lo lea sin pensar. Comente, formule, reflexione y generalice, incluso si está leyendo el prefacio. Por lo tanto, siempre se esforzará por comprender la esencia de las cosas, que es lo que se necesita para la creatividad.
Ed Boyden escribió una vez un breve ensayo instructivo "Cómo pensar", y el párrafo anterior se convirtió en su regla número 1. Tenía 28 años, comenzó su propio grupo de investigación en neurociencia en el MIT y ya ha publicado algunas de sus investigaciones, que le valió el prestigioso premio Brain Prize por ayudar a lograr "posiblemente el avance técnico más importante en 40 años", dijo el presidente del jurado. Fue hace casi diez años. Su sistema de generación de ideas parece haber estado a la altura de las expectativas. Boyden recibió un premio Breakthrough Prize de $ 3 millones el año pasado, y él y sus colegas descubrieron un nuevo método para observar un circuito eléctrico casi inimaginablemente diminuto en el cerebro. Esto ha producido algunas de las imágenes más precisas del cerebro.
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- Sueles decir que su objetivo es "desenredar el cerebro". ¿Qué tienes en mente?
- Creo que el significado de esta frase cambiará a medida que se obtengan nuevos conocimientos, pero ahora "desenredar el cerebro" para mí significa que, en primer lugar, podemos simular (probablemente usando una computadora) procesos que generarán algo como pensamientos. y sentimientos, y segundo, que podemos entender cómo tratar trastornos cerebrales como el Alzheimer o la epilepsia. Estos son dos objetivos que me hacen seguir adelante. Uno se centra en comprender la naturaleza humana, el otro es más médico.
Puede discutir conmigo notando que hay una tercera pregunta: ¿qué es la conciencia? ¿Por qué tenemos recuerdos, pero botellas, bolígrafos y mesas, hasta donde sabemos, no? Me temo que aún no tenemos una definición exacta de conciencia, por lo que este tema es difícil de abordar. No tenemos una "medida de conciencia" que indique qué tan consciente es algo. Creo que llegaremos a eso algún día, pero a medio plazo, me gustaría centrarme en las dos primeras preguntas.
“¿Por qué sabemos tanto sobre el mundo? Es bastante extraño que podamos entender la ley de la gravitación universal o la mecánica cuántica.
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- Cuando ganó el Premio Breakthrough en 2016, habló sobre sus esfuerzos continuos en la investigación del cerebro: “Si tenemos éxito, entonces podemos responder preguntas como '¿Quién soy yo? Cual es mi personalidad ¿Qué tengo que hacer? ¿Por qué estoy aquí?". ¿Cómo puede la investigación ayudarnos a responder la pregunta "¿Quién soy yo?"
- Te daré un ejemplo. Cuando golpeó la crisis económica en 2008, hablé con muchos sobre por qué la gente hace lo que hace. ¿Por qué muchas de nuestras decisiones no son las mejores que podríamos tomar? Por supuesto, hay todo un campo de la ciencia, la economía del comportamiento, que intenta explicar nuestras acciones a nivel psicológico y cognitivo. Por ejemplo, si le haces muchas preguntas a una persona y luego pasa junto a un cuenco de dulces, probablemente tomará algunas, porque está cansado de las respuestas y no puede resistir.
La economía del comportamiento puede explicar algunas cosas, pero no puede explicar los procesos que subyacen a la toma de decisiones, y menos aún, algunos momentos subconscientes en los que no tenemos ningún control. Tenga en cuenta que cuando somos conscientes de algo, a menudo es el resultado de procesos inconscientes que ocurrieron justo antes. Entonces, si entendiéramos cómo las células cerebrales están organizadas en un circuito (prácticamente un circuito de computadora, por así decirlo) y viéramos cómo la información fluye a través de estas redes y cambia, tendríamos una idea mucho más clara de por qué nuestro cerebro acepta ciertas soluciones. Si entendemos esto, tal vez podamos superar algunas de las limitaciones y al menos entender por qué hacemos lo que hacemos.
Puedes imaginar que en un futuro muy lejano (probablemente tomará muchas décadas), podremos hacer preguntas realmente difíciles sobre por qué nos relacionamos con ciertas cosas de una forma u otra, o por qué pensamos en nosotros mismos de una determinada manera, preguntas que están en el campo de visión de la psicología, la filosofía, pero al que es tan difícil obtener una respuesta con la ayuda de las leyes de la física.
- ¿Cómo ayuda la investigación del cerebro a responder la pregunta "¿Por qué estoy aquí?"
- Una de las razones por las que pasé de la física a estudiar el cerebro fue la pregunta "¿Por qué sabemos tanto sobre el mundo?" Es bastante extraño que podamos comprender la ley de la gravedad o que comprendamos la mecánica cuántica, al menos en la medida en que se pueden fabricar computadoras. Es asombroso que el mundo sea comprensible de alguna manera.
Y me hice una pregunta: si nuestro cerebro comprende alguna parte de la estructura del Universo, pero no comprende todo lo demás, y todo lo que comprende está disponible gracias a las leyes de la física, en las que también se basa el trabajo de nuestro cerebro, entonces resulta algo así como un círculo vicioso, ¿verdad? Y estoy tratando de averiguar: ¿cómo romperlo? ¿Cómo hacer comprensible el universo? Supongamos que no entendemos algo sobre el universo, pero si sabemos cómo funciona la mente humana y qué tipo de capacidades de pensamiento nos faltan, tal vez podamos crear una inteligencia artificial más desarrollada que ayude a fortalecer nuestra capacidad de pensar.
A este concepto lo llamo a veces un "coprocesador cerebral", algo que trabaja con el cerebro y amplía nuestra comprensión.
Todavía tenemos muchas preguntas para el universo, ¿verdad? Einstein trató de encontrar una conexión entre la mecánica cuántica y la gravedad, pero no tuvo éxito en este asunto, y hasta el día de hoy no está completamente claro cómo resolver este dilema. Quizás para comprender algunas cosas, necesitamos aumentar nuestras habilidades intelectuales. ¿Qué pasa si los ampliamos? Por supuesto, no hay garantías. Pero tal vez aprendamos más sobre el origen del Universo, sobre qué fuerzas lo influyeron al principio de la existencia y cuáles lo están afectando ahora.
- La última pregunta sobre este tema. ¿Cómo ayuda la investigación del cerebro a responder la pregunta "¿Cuál es mi personalidad?"
“Ahora mismo estamos intentando trazar un mapa de la estructura del cerebro. Es bastante difícil ver algo en él. El cerebro en sí es lo suficientemente grande (un ser humano pesa varios kilos), pero las conexiones entre las neuronas, conocidas como sinapsis, son pequeñas. Aquí estamos hablando de nanoescala. Por lo tanto, si desea ver cómo las células cerebrales están conectadas en una red, debe considerar las sinapsis. ¿Cómo puedo hacer esto? Hemos desarrollado una técnica especial. Tomamos un trozo de tejido cerebral y le inyectamos una sustancia química, más precisamente un polímero, que de alguna manera es muy similar a la sustancia de los pañales para bebés. Es un polímero que se hincha cuando se agrega líquido.
Si lo colocamos dentro del cerebro y agregamos agua, entonces podremos separar las moléculas que forman el cerebro entre sí, y luego podremos ver las pequeñas conexiones entre las células. Entonces, razonamos: si tomamos un cerebro muy pequeño, por ejemplo un pez o un gusano, ¿podemos estudiarlo en su totalidad? ¿Podremos representar todo el sistema nervioso con una precisión de saltadores individuales? Ahora bien, esto está a nivel de idea, todavía no hay tecnologías necesarias para su implementación, pero si logramos mejorar la parte técnica, sería posible trazar un mapa suficientemente detallado de las conexiones en el cerebro, según el cual su trabajo realmente se puede reproducir usando una computadora. ¿Y esta copia funcionará de la misma manera que el cerebro del organismo, que se convirtió en la fuente primaria?
Imagínese que tuviéramos un gusano con 302 neuronas y notáramos unas 6 mil conexiones entre ellas, así como moléculas en las uniones. ¿Es posible simular las acciones de este gusano? Entonces, tal vez, será posible hacer lo mismo con un pez, luego con un ratón y luego con un cerebro humano; cada uno de estos cerebros es aproximadamente mil veces más grande que el anterior. Si pudieras mapear el cerebro humano, surgiría inmediatamente la pregunta: si reprodujeras su actividad en una computadora, ¿seguirías siendo tú? Como se señaló anteriormente, no tenemos una definición exacta o al menos funcional de la conciencia, así que aunque no podemos juzgar esta cualidad simplemente mirando algo, yo diría que todavía no podemos dar una respuesta. Pero esto plantea una pregunta interesante sobre la naturaleza de la personalidad.
"Si entendiéramos cómo las células cerebrales están organizadas en circuitos y viéramos cómo fluye la información a través de estas redes, tal vez podríamos entender por qué hacemos lo que hacemos".
- Hace aproximadamente una década escribiste un ensayo "Cómo pensar". Desde entonces, ¿ha realizado modificaciones o adiciones a esas reglas?
“Escribí este ensayo con bastante rapidez cuando comenzamos el equipo de investigación en el MIT y pasé la mayor parte del tiempo en una habitación vacía esperando que llegara el equipo. Desde entonces, a través de la experiencia, he aprendido a seguir mejor estas reglas. Por ejemplo, la regla n. ° 3 dice: "Trabaja hacia atrás desde tu objetivo".
A partir de ese momento me di cuenta de que si trabajas partiendo de un problema que necesita ser resuelto y conoces personas que tienen algunas habilidades y que parten de sus capacidades, entonces te será muy fácil trabajar juntos, porque todos los lados están en interesado en esto. Los poseedores de habilidades quieren más influencia y resolución de problemas, y los que establecen metas quieren nuevas herramientas para resolver esos problemas. Por lo tanto, la regla n. ° 3, "Trabajar al revés, comenzando desde su objetivo" conduce naturalmente a la regla n. ° 6: "Colaborar". También aprendí a analizar la naturaleza de los problemas. Este año di una breve conferencia en el Foro Económico Mundial en Davos. Se llamaba Preparar una revolución y se trataba de aprender a profundizar en los problemas y buscar posibles soluciones. Era algo así como How to Think 2.0, pero en forma de video.
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- ¿Qué libros han influido más en tu desarrollo intelectual?
- Uno de ellos es "Time, Love, Memory" de Jonathan Weiner. Habla de los tiempos en que la gente empezó a asociar genes con características de comportamiento. El autor comienza con los albores de la era de la genética, cuando la gente descubrió que los rayos X cambian los genes, y termina con la modernidad, cuando los científicos descubren qué genes son responsables, por ejemplo, de nuestro sentido del tiempo o la capacidad de recordar. Me encanta este libro porque muestra la ciencia en movimiento, no como un libro de texto, "tienes datos del siete al cuarenta y ocho, recuérdalos", muestra a personas que sufren de incertidumbre y superan todo tipo de dificultades, y es muy emocionante. Solía releerlo todos los años y me influyó mucho.
El segundo libro se llama Pensando en la ciencia. Habla de Max Delbrück, un físico que también cambió su campo de actividad a la biología. Hizo una gran contribución al descubrimiento de la estructura de los genes y ayudó a iniciar una nueva era en biología molecular. El libro dice mucho sobre sus puntos de vista, sobre cómo contempló su transición de la física a la biología. Este libro también ha influido mucho en mi vida, porque a menudo pienso en cómo explorar sistemas complejos como el cerebro, cómo averiguar el estado real de las cosas, cómo deshacerme de la aproximación y no detenerme a la mitad.
- Mencionaste que constantemente tomas notas. ¿Qué es este sistema?
- Cuando hablo con alguien, pongo papel sobre la mesa y hago un resumen de la conversación. Al final, tomo fotos de las notas en mi teléfono y entrego la hoja a mi interlocutor. Todos los meses reviso todas estas sinopsis y las etiqueto con palabras clave. Hay dos razones para esto. Primero, como he re-digerido la conversación, me ayuda a recordarla. En segundo lugar, dado que he elegido las palabras clave, es fácil encontrarlas. Hasta la fecha, ya he completado decenas de miles de notas de este tipo.
- Tu trabajo sugiere que pasas mucho tiempo pensando. ¿Cómo lograr los máximos resultados?
- Hay tres puntos, del pragmático al abstracto. Me he estado levantando muy temprano durante mucho tiempo. Intento levantarme a las 4-5 de la mañana, mucho más temprano que el resto del personal del laboratorio. Gracias a esto, tengo unas horas de silencio para pensar y no distraerme por nada. Creo que esto es importante. En segundo lugar, muchas buenas ideas son realmente malas, porque como inmediatamente suenan tan bien, entonces todos ya han pensado en ellas y se esfuerzan por implementarlas. Por eso, suelo pensar en cosas que a primera vista parecen malas ideas, pero de repente, si las miras desde el ángulo correcto, ¿resultan buenas? Paso mucho tiempo tratando de abordar ideas desde diferentes ángulos.
Hace décadas, el astrónomo Fritz Zwicky creó muchas teorías que se encuentran entre las más candentes de la astrofísica actual. La más relevante de las ideas actuales, como la materia oscura, la presentó en los años treinta. ¿Cómo hizo esto Zwicky? Simplemente consideró todas las opciones posibles. Zwicky llamó a su método "análisis morfológico", pero me parece que esto es imposible de pronunciar, así que lo llamo "esquema de árbol de mosaico".
Finalmente, y este punto es aún más abstracto, creo en los descubrimientos fortuitos. Paso mucho tiempo mirando transcripciones de viejas conversaciones. Muchos de ellos tratan sobre ideas que han fracasado, proyectos que han fracasado. ¿Pero sabes que? Eso fue hace cinco años, y ahora las computadoras funcionan más rápido, ha aparecido nueva información, el mundo ha cambiado. Por tanto, podemos reiniciar el proyecto. Muchos de nuestros esfuerzos solo se vuelven completamente exitosos en el segundo o tercer intento. Una parte importante de mi trabajo es recordar fallas y relanzar proyectos fallidos cuando llegue el momento.
- Recibiste tus principales premios a la investigación en optogenética. ¿Por qué se ha convertido en un logro tan importante?
“Cuando se habla de optogenética, debemos recordar que“opto”significa“ligero”y“genética”significa que usamos genes que hacen todo el trabajo. Introduces un gen que funciona como una pequeña célula solar, esencialmente una molécula que convierte la luz en electricidad. Por lo tanto, si lo introduce en una neurona y le dirige luz, puede controlar la actividad de la neurona.
¿Por qué es importante? Durante los últimos cien años de estudio de neurología, muchas personas han intentado controlar las neuronas utilizando todas las tecnologías posibles: farmacología (fármacos), impulsos eléctricos, etc. Pero ninguno garantiza precisión. Con la optogenética, podemos dirigir la luz a una o varias células y "encender" o "apagar" estas células en particular. Entonces, ¿por qué es importante? Si puede activar las células, entonces puede averiguar de qué son responsables. Quizás por un sentimiento, una decisión o un movimiento. Al "apagarlas", comprende cuál es su función: tal vez "apague" ciertas células y una persona perderá algún tipo de memoria.
- La optogenética se utiliza hoy en día para la investigación del cerebro en laboratorios de todo el mundo. ¿Cuáles son las áreas más prometedoras relacionadas con ella, destacas?
- Algunos investigadores están llevando a cabo experimentos que son bastante desafiantes desde un punto de vista filosófico. Por ejemplo, un grupo de científicos del Instituto de Tecnología de California descubrió una pequeña agrupación de células en las profundidades del cerebro. Si los activa con la ayuda de la luz, por ejemplo, en ratones (muchos trabajan con ellos), los animales se volverán agresivos, incluso crueles. Atacarán a cualquier criatura u objeto en las inmediaciones, incluso algunas cosas aleatorias como un guante. Esto es muy interesante porque ahora puedes hacer preguntas de la serie “¿Qué sucede cuando irritas estas células? ¿Envía esto un comando motor a los músculos? En otras palabras, ¿se mueve el ratón para atacar? ¿O es un comando sensorial?
Es decir, ¿el ratón tiene miedo y ataca en defensa propia? Puede hacer preguntas realmente importantes sobre el significado del experimento cuando una parte del cerebro desencadena una reacción compleja como agresión o crueldad.
Hay varios investigadores que están trabajando para activar o silenciar la actividad neuronal en diferentes partes del cerebro con fines médicos. Por ejemplo, un grupo de científicos, que demostró en ratones que padecían epilepsia, que se pueden "apagar" las convulsiones actuando sobre determinadas células. Hay otros grupos que han estudiado ratones con enfermedad de Parkinson y han podido librar a los animales de los síntomas de la enfermedad.
Los científicos también están descubriendo muchas cosas interesantes en las ciencias fundamentales. Mi colega del MIT Suzumi Tonegawa y su equipo de investigadores hicieron algo muy inteligente: programaron los ratones para que las neuronas responsables de la memoria fueran activadas por la luz. Descubrieron que si reactiva estas neuronas con un pulso de luz, el ratón se comportará como si estuviera reviviendo un recuerdo. De esta forma, es posible identificar los grupos de células que hacen que la memoria aparezca en la memoria. Desde entonces, los investigadores han realizado todo tipo de experimentos; por ejemplo, pueden activar un recuerdo feliz y un ratón se sentirá mejor, incluso si está enfermo. Y la lista sigue y sigue …
"Muchos de nuestros esfuerzos solo se vuelven bastante exitosos en el segundo o tercer intento".
- ¿Tiene alguna idea nueva sobre cómo mejorar la vida?
“Me di cuenta de que si realmente quiero que las tecnologías cerebrales se apliquen en todo el mundo, entonces debo promover esto como emprendedor, es decir, iniciar un negocio y ayudar a que estos inventos vayan más allá de los círculos académicos. Mi laboratorio ha trabajado con varias empresas antes, pero este año yo mismo participo en el lanzamiento de tres. Ojalá podamos descubrir cómo estas tecnologías pueden ayudar a las personas. Me di cuenta de que no quería simplemente publicar artículos científicos; Quiero que estas tecnologías se utilicen en la vida real.
“Una de estas empresas está interesada en la tecnología de potenciación del cerebro, ¿no es así?
-Exactamente. Creamos una pequeña empresa llamada Expansion Technologies para educar al mundo sobre estas teorías de empoderamiento. Por supuesto, la gente puede estudiar de forma independiente nuestras publicaciones sobre este tema, pero si podemos llevar nuestras ideas a las masas, muchos problemas científicos y médicos serán mucho más fáciles de resolver.
Debo decir de inmediato que todos los datos de investigación se pueden encontrar en línea, compartimos abiertamente toda la información. Hemos formado a más de un centenar de grupos de investigadores. Si lo desea, cualquiera puede realizar él mismo un estudio microscópico similar. Pero a diferencia de la optogenética, donde siempre se puede recurrir a alguna organización sin fines de lucro para obtener ADN gratis o por dinero, esta investigación requiere productos químicos, por lo que una empresa que pone a disposición de cualquier persona kits de los reactivos necesarios ahorra tiempo.
Siempre estamos tratando de aumentar el impacto positivo en el mundo. A menudo, iniciamos un proyecto pensando: "¿Qué problema están sufriendo miles de investigadores, empresas y universidades?" Y luego intentamos crear una herramienta que pueda ayudarlos. Entonces, si lo logramos, entonces (prácticamente por definición) no tiene sentido mantenerlo en secreto y para nosotros mismos. Solo intentamos compartir nuestras herramientas con la mayor cantidad de personas posible.
