Buscan Descifrar el Código Neuronal

Un equipo de trabajo integrado por los egresados del Instituto Balseiro, los Doctores en Física Germán Mato e Inés Samengo, desde 2004 iniciaron una línea de trabajo en Neurociencias Computacionales. El objetivo central de las Neurociencias Computacionales es descifrar el código neuronal, comprender de qué manera la actividad de las neuronas representa y transmite información en etapas sucesivas de procesamiento. El estudio del cerebro humano es sin duda un proyecto ambicioso y ellos reconocen que ciertamente no estará cabalmente terminado en el transcurso de una vida humana.

Cómo se inició el trabajo de Neurociencias Computacionales en el Centro Atómico Bariloche?
Nuestro equipo de trabajo se formó en el año 2004 cuando dos egresados del Instituto Balseiro, los Doctores en Física Germán Mato e Inés Samengo, nos unimos para abrir una línea de trabajo en Neurociencias Computacionales.
Comenzamos con estudios de tipo teórico en los que simulábamos actividad neuronal en la computadora. Con el tiempo fuimos aproximándonos a descripciones cada vez más realistas analizando exhaustivamente datos experimentales registrados en otros laboratorios. En el año 2007 se incorporó a nuestro grupo la Dra. en Biología Marcela Nadal para poner en marcha nuestro propio laboratorio de electrofisiología en invertebrados. Posteriormente se agregó el médico y Dr. en Neurociencias Yimy Amarillo completando así un grupo de trabajo verdaderamente interdisciplinario.

¿Qué relación tiene este proyecto con las universidades, y la formación de recursos humanos?
Varios estudiantes de posgrado se encuentran trabajando en nuestro proyecto. Sus investigaciones constituyen la base de sus tesis de maestría o doctorado enmarcadas en universidades nacionales. Por ejemplo, tenemos estudiantes del programa de Maestría en Física del Instituto Balseiro (Universidad Nacional de Cuyo) así como estudiantes de doctorado en Física del mismo instituto o el doctorado en Biología de la Universidad Nacional del Comahue. Algunos estudiantes también participan de la Maestría en Física Médica, un programa apoyado en la colaboración conjunta entre el Instituto Balseiro y la Fundación Escuela de Medicina Nuclear, de Mendoza.

¿Cómo y desde dónde se abre la ruta de investigación para comprender cómo funciona el cerebro?
Existen diversas formas de abordar el estudio del sistema nervioso. Las más tradicionales se iniciaron hace varios milenios, e involucran el estudio clínicos de pacientes con patologías o lesiones diversas. De esta manera fue posible establecer una relación causal entre el deterioro de una región cerebral particular y sus consecuencias clínicas. Más recientemente, hace algunos siglos, se iniciaron los estudios anatómicos con la disección de animales de distinto tipo. Esto permitió comprender cómo están conectadas las distintas regiones cerebrales. En los últimos 100 años han habido grandes avances al iniciarse los estudios electrofisiológicos: la medición de la actividad de neuronas individuales o de pequeños grupos de neuronas, mientras un animal desarrolla una tarea cognitiva (procesamiento de información sensorial, almacenamiento de memoria, planeamiento motor, etc.). Por último, en las décadas recientes, ha habido una enorme expansión tecnológica que permitió la implementación de tres técnicas de gran importancia científica y clínica. Por un la-do se desarrollaron métodos no invasivos de visualización de la anatomía y la actividad nerviosa (resonancias magnéticas, tomografía de positrones, colorantes sensibles al voltaje, etc.). En segundo lugar se perfeccionaron las técnicas de manipulación genética que permiten modificar el diseño de un aspecto particular del sistema nervioso de un animal y observar las consecuencias funcionales. Por último se progresó enormemente en el campo de las Neurociencias Computacionales que apuntan a comprender los “cómputos” que realizan las neuronas y así dilucidar cómo se estructuran los procesos mentales.

¿Cómo se aborda el estudio del código neuronal?
La forma más directa de estudiar el código neuronal es analizando los sistemas sensoriales o motores, de diversos animales. Por supuesto a todos nos gustaría entender también el código neuronal subyacente a las funciones más elevadas del cerebro humano, la conciencia, los razonamientos abstractos, el lenguaje, por citar algunos ejemplos. Sin embargo hoy por hoy es imposible abordar estos estudios a nivel de la
actividad de neuronas individuales. Por un lado no es éticamente aceptable utilizar métodos invasivos con seres humanos y resulta muy difícil manipular de manera controlada los procesos mentales complejos. De forma que, aún si pudiéramos medir la actividad de cada neurona durante estos procesos, no sabríamos a qué idea, o pensamiento, asociar esa actividad. Es por ello que el estudio del código neuronal se aborda analizando las entradas o las salidas al sistema nervioso. Analizar las entradas implica ver cómo se representa y cómo se procesa la información sensorial que nos llega a través de los sentidos (vista, oído, etc.). La información sensorial puede manipularse de forma controlada, por ejemplo, mostrándole a un animal diversas imágenes en una pantalla de computadora. Midiendo la actividad de las neuronas sensoriales, podemos entonces construir un “diccionario”, que nos relaciona distintos aspectos de las imágenes mostradas con distintos aspectos de la actividad neuronal. De forma análoga, analizar las salidas del sistema nervioso implica estudiar la correspondencia entre la actividad de neuronas motoras con los movimientos ejecutados. Una comprensión cabal del código neuronal en sistemas sensoriales y motores permitirá, en un futuro, desarrollar la tecnología necesaria para asistir a personas con disfunciones en la percepción (ceguera, sordera, etc.) o en la ejecución de movimientos (parálisis, rigidez, etc.).

¿También están avanzando en la investigación sobre la memoria?
Nuestro proyecto contempla el estudio de la formación y evocación de memoria. En particular nos interesa saber en qué medida la formación de memoria se basa en la formación o eliminación de conexiones entre las neuronas y en qué medida se basa en cambiar las propiedades de cada neurona. Actualmente existe evidencia de que ambos procesos están involucrados. Nuestro objetivo es determinar la importancia relativa de cada mecanismo dependiendo del tipo de memoria que se almacena.

¿Cómo se financia y se apoya el desarrollo de este proyecto de investigación?
Nuestro proyecto está financiado por varias agencias nacionales de apoyo a la investigación científica, como ser la Comisión Nacional de Energía Atómica (que nos aloja físicamente, se hace cargo de los gastos de funcionamiento, y parte del equipamiento), el Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (que paga nuestros salarios, y subsidios a la investigación) y la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica, que también otorga subsidios a la investigación.

¿Qué tiempo estiman demandará el desarrollo del proyecto?
El cerebro humano es uno de los sistemas más complejos del mundo conocido. Su estudio es un proyecto ambicioso, que ciertamente no estará cabalmente terinado en el transcurso de una vida humana. Esperamos que nuestra incipiente línea de investigación sea sólo el inicio de una ruta, que perdure en el sistema científico argentino durante numerosas décadas, o quizás más.

Inés Samengo
Doctora en Física , recibida en el Instituto Balseiro (U.N. de Cuyo) en el año 1998. Actualmente desarrolla su actividad como Jefe de Trabajos Prácticos, Instituto Balseiro, Un Nac Cuyo e Investigadora Adjunta del CONICET, Argentina. Es Supervisora de Tesis y publicó múltiples trabajos en revistas internacionales con referato.
Se ha presentado en conferencias nacionales e internaciones y fue invitada a dar charlas en nuestro país y en el exterior. Paralelamente, es Presidente de la Fundación Principito, en apoyo a la rehabilitación de niños con problemas neurológicos.