Hay descubrimientos científicos que parecen pertenecer a una película de ciencia ficción hasta que empiezan a convertirse en una herramienta real. Controlar determinadas células del cerebro mediante un haz de luz es ya posible, y precisamente por hacer realidad esa idea el Instituto Karolinska de Estocolmo ha concedido el Premio Nobel de Fisiología o Medicina a Karl Deisseroth, Peter Hegemann y Georg Nagel.
Los tres investigadores han sido reconocidos por sus descubrimientos relacionados con los canales iónicos activados por la luz y por el desarrollo de la optogenética, una técnica que ha cambiado radicalmente la forma de estudiar el cerebro.
Su importancia reside en algo aparentemente sencillo, pero extraordinariamente complejo: permitir a los científicos intervenir sobre grupos muy concretos de neuronas y observar qué ocurre cuando se activan o se silencian. Todo ello con una precisión temporal de milisegundos, prácticamente la misma escala en la que las células nerviosas intercambian información.
El comité del Nobel considera que sus investigaciones han establecido las bases de una nueva etapa de la neurociencia. Y no es una exageración: gracias a esta tecnología, los investigadores pueden empezar a responder preguntas que durante décadas resultaron prácticamente inaccesibles.
El interruptor que convierte la luz en una herramienta para controlar el cerebro
La historia comienza mucho antes de que Deisseroth y sus colaboradores trabajaran directamente con cerebros de mamíferos. Uno de los elementos fundamentales de esta revolución científica fue descubierto en organismos mucho más sencillos: las algas unicelulares.
Peter Hegemann y Georg Nagel estudiaron unas proteínas capaces de responder a la luz. Entre ellas se encontraba la canalrodopsina, una proteína que funciona como un canal iónico y que permite a determinadas células reaccionar ante la iluminación.
El descubrimiento abrió una posibilidad extraordinaria. Si una proteína sensible a la luz podía actuar como un interruptor biológico en una célula, ¿podría introducirse ese mecanismo en una neurona?
Karl Deisseroth y otros investigadores dieron el paso decisivo. En lugar de limitarse a observar la actividad cerebral, utilizaron herramientas genéticas para conseguir que determinadas neuronas produjeran proteínas sensibles a la luz. Después podían estimular esas células mediante un haz luminoso.
El resultado fue una especie de interruptor neuronal: una señal luminosa podía hacer que las neuronas seleccionadas se activaran o dejaran de hacerlo. La primera demostración de esta tecnología por parte de Deisseroth se publicó en 2005 y abrió un campo científico que desde entonces no ha dejado de crecer.
La gran revolución: elegir exactamente qué neuronas activar
Antes de la optogenética, los investigadores disponían de diferentes métodos para estimular el cerebro, pero tenían una limitación fundamental: muchas veces afectaban simultáneamente a grandes grupos de neuronas.
El problema era evidente. Si un animal cambiaba su comportamiento después de estimular una determinada zona cerebral, resultaba complicado determinar qué células habían provocado realmente ese cambio.
La optogenética modificó las reglas del juego. Los científicos pueden seleccionar determinadas poblaciones de neuronas y controlar su actividad con una precisión extraordinaria. Esto permite estudiar de forma mucho más directa la relación entre actividad cerebral y comportamiento.
Así se pueden investigar mecanismos relacionados con el movimiento, el miedo, la memoria, el aprendizaje, las emociones, la recompensa o las adicciones. En determinados experimentos con animales, incluso se ha conseguido manipular recuerdos, llegando a reactivar o alterar determinadas asociaciones almacenadas en el cerebro.
La tecnología no significa, sin embargo, que actualmente sea posible controlar a voluntad el cerebro humano mediante una linterna. La técnica se utiliza principalmente en investigación y requiere introducir las proteínas sensibles a la luz en las células que se quieren estudiar, además de sistemas específicos para llevar la luz hasta ellas. Pero precisamente esa capacidad experimental es la que ha abierto una ventana inédita al funcionamiento del cerebro.
Del párkinson a la depresión: por qué puede cambiar la medicina
La relevancia de la optogenética va mucho más allá de comprender cómo funciona una neurona. Los investigadores utilizan esta herramienta para estudiar enfermedades neurológicas y psiquiátricas y tratar de identificar qué circuitos cerebrales están implicados en ellas. Entre los campos de investigación se encuentran el párkinson, la epilepsia, la depresión, la ansiedad y las adicciones.
La posibilidad de determinar qué circuitos participan en una enfermedad permite plantear nuevas estrategias terapéuticas. Uno de los objetivos que despierta mayor interés es conseguir que tecnologías derivadas de estos descubrimientos puedan utilizarse algún día para recuperar funciones perdidas. Ya existen líneas de investigación destinadas a explorar aplicaciones relacionadas con la restauración de la visión.
El camino hasta una aplicación médica generalizada, sin embargo, es largo. La investigación con animales no puede trasladarse automáticamente a los seres humanos y existen importantes desafíos técnicos y de seguridad. Aun así, el principio es revolucionario: en lugar de estimular indiscriminadamente una región cerebral, la medicina del futuro podría actuar sobre circuitos celulares mucho más concretos.
Un Nobel que mira directamente al futuro
El reconocimiento a Deisseroth, Hegemann y Nagel premia por tanto mucho más que una técnica de laboratorio. Reconoce una nueva manera de estudiar el órgano más complejo del cuerpo humano.
La gran aportación de la optogenética consiste en permitir que los científicos pasen de observar el cerebro a intervenir de manera extraordinariamente precisa sobre sus circuitos y comprobar qué consecuencias tiene esa intervención.
Esa diferencia es fundamental para comprender cómo nacen los recuerdos, por qué sentimos miedo, qué mecanismos participan en una adicción o qué circuitos pueden estar alterados en una enfermedad. Por ahora, gran parte de estas investigaciones se desarrolla en modelos animales. Pero cada avance acerca un poco más la posibilidad de comprender qué sucede en nuestros propios cerebros.
El Nobel de Medicina de este año reconoce, en definitiva, una idea que hace apenas unas décadas parecía imposible: utilizar la luz como una herramienta para hablar con las neuronas.
Y detrás de esa aparente fantasía tecnológica existe una lección científica mucho más profunda: una proteína encontrada en una pequeña alga puede terminar proporcionando una de las herramientas más precisas jamás desarrolladas para investigar el cerebro humano. @mundiario
