Proyecto Cerebro Humano

La estimulación cerebral profunda comprende el implante de electrodos dentro de ciertas áreas del cerebro. Foto: Military Collection / Alamy Foto de stock.

Se cumplen diez años desde que la Unión Europea puso en marcha, un ambicioso proyecto para conocer a fondo el cerebro humano y en particular para descifrar cómo el cerebro crea la conciencia. “Podemos adquirir conocimientos fundamentales sobre lo que significa ser humano”, se decía en el informe a la Comisión Europea de 2012.

La idea se fundamentó en la propuesta que el español Rafael Yuste, profesor de la Universidad de Columbia, y George Church, de la Universidad de Harvard, lanzaron en una reunión de neurocientíficos y nanocientíficos celebrada en 2011 en Inglaterra: mapear la actividad de todo el cerebro humano a nivel de neuronas individuales y detallar cómo forman sus circuitos. Dos años antes, Henry Markram presentó en una charla en TED su visión de simular matemáticamente los 86.000 millones de neuronas y los 100 billones de sinapsis del cerebro en un superordenador. «Podemos hacerlo en 10 años», prometió a la audiencia, sugiriendo que tal modelo matemático podría incluso ser capaz de crear conciencia.

Markram, que venía avalado por su trabajo, que no había concluido, de simulación de un diminuto fragmento de cerebro de ratón, un conjunto de unas 100.000 neuronas, en la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), fue elegido para dirigir el proyecto estrella de la Unión Europea, al que se denominó HBP, por las siglas en inglés de “Proyecto Cerebro Humano”.

Este proyecto, concebido como el buque insignia del programa Futuras Tecnologías Emergentes de la Comisión Europea (CE), contemplaba la participación de científicos de más de 100 instituciones de 24 países y una financiación de más de 1.000 millones de euros a lo largo de 10 años por parte de la CE y los Estados miembros. HBP nacía con la perspectiva de producir una simulación informática del cerebro humano, paralelamente a otros objetivos en el campo de la neurociencia, como es la comprensión unificada del cerebro, desde los genes al comportamiento; además de otros objetivos relativos a medicina e informática.

Se rebajan las expectativas

El HBP fue criticado desde el principio por ser demasiado ambicioso, teniendo en cuenta el número de neuronas y conexiones del cerebro humano y su variación entre personas e incluso dentro de un mismo individuo a lo largo de la vida. Algo que ya se puso de manifiesto en la reunión de 2011, en la que Yuste y Church propusieron su ambiciosa idea.

Partha Mitra, profesor en Cold Spring Harbor Laboratory, en un artículo publicado en Scientific American en 2013, argumentó que no sería suficiente registrar todos los picos de todas las neuronas del cerebro, ya que para que los datos tuvieran sentido habría que registrar simultáneamente todos los estímulos externos y todos los aspectos del comportamiento, lo que llevaría a un ejercicio de medición “exhaustiva” que se extendería ad infinitum. En el mismo artículo razonó que se debería comprender el cerebro a un nivel macroscópico antes de intentar decodificar el significado de la actividad de las neuronas individuales. Las críticas arreciaron una vez en marcha el proyecto, aduciendo, además, que el proyecto se estaba centrando demasiado en las tecnologías de la información y la comunicación y no lo suficiente en los cerebros reales. Una carta abierta firmada por 800 científicos pidió un cambio de enfoque científico y una nueva estructura de gestión.

El proyecto se recondujo a proporcionar nueva infraestructura de investigación computacional para ayudar a los neurocientíficos a almacenar, procesar y analizar grandes cantidades de datos y desarrollar atlas cerebrales en 3D y software para crear simulaciones.

El proyecto finaliza

Usando microscopía electrónica, los investigadores han publicado mapas 3D detallados de alrededor de 25,000 sinapsis.

En marzo de 2023 tuvo lugar la reunión cumbre final del proyecto. Reunió a 700 investigadores de 27 países, pero en ella no se celebró el hallazgo de cómo el cerebro crea la conciencia y tampoco se propuso semejante tarea para la próxima década.

Falta conocimiento de cómo interactúan la estructura cerebral, las sustancias químicas y la conectividad para producir los pensamientos y comportamientos. Sin embargo, si se evita la comparación con la euforia que invadió los primeros pasos del proyecto, se puede admitir que se han conseguido logros importantes en aspectos parciales y diferenciados. La propia organización de HBP destaca como una de las contribuciones duraderas del proyecto la infraestructura de investigación EBRAINS, que proporciona acceso abierto a tecnologías, herramientas, datos y servicios avanzados para la investigación del cerebro. Mientras que en un artículo firmado por neurocientíficos de la Universidad de Cambridge y del Centro de Investigación de Jülich valoran positivamente que el proyecto “ha logrado importantes descubrimientos e innovaciones, relevantes para abordar trastornos clínicos, así como avances tecnológicos.”

Un esfuerzo de investigación que ha sido global

Paralelamente a la propuesta europea del HBP, el presidente Barack Obama presentó en 2013 la iniciativa BRAIN (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies) como “el próximo gran proyecto americano” , con la idea de que la neurociencia había ya adquirido el nivel en el que “podemos imaginar una comprensión global del cerebro en acción, que abarque moléculas, células, circuitos, sistemas y comportamiento”. El proyecto, que concluye en 2025, se presentaba con una financiación del mismo orden que el proyecto europeo, aunque finalmente alcanzará una cifra muy superior. Pero, reconociendo los límites de lo posible, el proyecto evolucionó ya en su origen hacia algo más pragmático, centrándose en el desarrollo de distintas tecnologías para analizar el cerebro.

El impulso que la UE y EE.UU. estaban dando a la investigación para conocer mejor el cerebro humano propició la incorporación a esta corriente investigadora de países como Japón, Australia, Canadá, China, Corea del Sur e Israel, por lo que se puede hablar de un esfuerzo investigador global.

Las dificultades para comprender la dinámica cerebral permanecen

A pesar de este gran esfuerzo investigador de los últimos años se sigue lejos de conocer los aspectos fundamentales del cerebro. La complejidad del cerebro puede ser comparable a la del universo. Actúa en su totalidad por fenómenos de electromagnetismo desde el nivel de los átomos hacia arriba. Y tiene 86.000 millones de neuronas, una cifra del mismo orden que el número de estrellas de la Vía Láctea. Si se habla de las sinapsis, las conexiones entre neuronas, las cifras empiezan a ser incomprensibles.

Se calcula que el número de sinapsis en el cerebro humano es de más de cien billones. Y cada sinapsis contiene diferentes moléculas y diferentes interruptores moleculares. Por su función, cada sinapsis se puede asimilar a un conjunto de mil transistores. Además, no todas las neuronas son iguales, ni siquiera se sabe cuántos tipos diferentes de neuronas se tiene. Y tampoco las sinapsis son todas iguales. A esto se añade el enorme entrecruzamiento de sus billones de cables y conexiones en todas las escalas y capas físicas. Ante esta complejidad resulta fácil entender que la meta de modelizar la totalidad del cerebro es, de momento, inalcanzable. La potencia de los ordenadores queda muy lejos de poder efectuar ese trabajo. Se ha calculado que simular un cerebro humano completo a resolución celular requeriría hasta ~4×1029 TFLOPS mientras que el superordenador Frontier, la mayor infraestructura informática en estos momentos, tiene un rendimiento máximo de ~1,1 106 TFLOPS.

Pero conocer el cerebro implica necesariamente responder a la pregunta:

“¿Cómo crea el cerebro la conciencia?”.

E incluso si se alcanzase la meta de una modelización del cerebro reproduciendo el funcionamiento de todos sus circuitos, quedaría abierta la cuestión de la comprensión de los vínculos causales entre la estructura y la función cerebral, del mismo modo que copiar el hardware de un ordenador, átomo por átomo, diría poco sobre el complejo software que se ejecuta en él.

La conciencia es todo lo que se experimenta, es el conocimiento que tiene la persona de si mismo y de lo que le rodea, es la sensación y la emoción que se producen a través de la percepción y el pensamiento. La neurociencia ha aportado pruebas de que las neuronas son fundamentales para la conciencia; que, de algún modo, la conectividad de las neuronas computa las características de nuestra experiencia . Pero el problema de la conciencia es radicalmente distinto de cualquier otro problema científico y la razón de ello es que la conciencia es inobservable. Frente a ello, lo mejor que pueden hacer los científicos es correlacionar experiencias inobservables con procesos observables como, por ejemplo, escaneando el cerebro de una persona y relacionarlo con su experiencia en ese momento. Pero eso no lleva a conocer el mecanismo de cómo un sistema físico como es el cerebro tiene experiencias.

En 2013, la Comisión Europea otorgó al neurocientífico Henry Markram 1.300 millones de dólares para perseguir un objetivo audaz: construir una simulación del cerebro humano.

No existe ni una sola teoría acordada sobre cómo funciona el cerebro y ello conduce a una enorme dispersión en la forma en que se deben acometer las investigaciones. Y, aunque no es una idea nueva, sí lo es el que un creciente número de neurocientíficos y físicos piensan que la teoría cuántica podría dar explicación a la relación entre la mente y el cerebro.

Estas teorías consideran la mente conectada con el cerebro, pero manteniendo una separación entre ambos. Las leyes físicas cuánticas parecen estar de acuerdo con determinadas características de la relación mente-cerebro. Así, por ejemplo, los principios de la física cuántica permiten extraer energía del vacío cuántico a condición de poder recuperarla en el mismo instante, y ello permitiría responder al hecho de que un fenómeno mental, que no tiene fuente de energía, dé lugar a un fenómeno que depende de la energía. También el principio según el cual las partículas elementales son a la vez ondas y partículas permite pensar en un espacio mental no material, pero en relación con el cerebro con el que mantiene una relación no dual onda-partícula según los principios físicos cuánticos. Danko Georgiev alude a la plétora de modelos basados en la organización a nano escala de las neuronas en la que los estados mentales pueden afectar al cerebro mediante efectos cuánticos. Y un equipo de investigadores ha observado un posible entrelazamiento en el cerebro, lo que podría indicar que parte de la actividad cerebral, e incluso la conciencia, funciona a nivel cuántico. De ser correctas estas suposiciones, a la dificultad que supone la complejidad física del cerebro, habría que añadir la de comprender los fenómenos cuánticos correspondientes.

Se continúa sin saber cómo alcanzar la meta

Se sigue considerando el cerebro humano como el objeto más complejo que se conoce y el que plantea más interrogantes tanto en el campo de la ciencia como en el de la filosofía.

Lo que se es capaz de hacer para comprender el cerebro y cómo su funcionamiento se relaciona con la mente, se debería primero centrar en pequeñas cuestiones, utilizando, eso sí, datos cada vez más detallados, esperando que quizá sea posible abordar con éxito la cuestión más amplia de los mecanismos mente-cerebro si los resultados acumulados de estos estudios neurocientíficos se combinan con enfoques complementarios de la física y la filosofía. Pero, de momento, estos pequeños pasos no están conduciendo a comprender lo fundamental. Tan sólo en el ámbito del HBP se han producido más de 2500 nuevos artículos, y hay que suponer que cada uno de ellos ha aportado un determinado incremento en el conocimiento, que permite ascender un nuevo peldaño en la escala de la comprensión del cerebro. Pero después de haber subido estos miles de peldaños no sólo no se llega al final de la escalera, sino que no se atisba por dónde puede llegar el entendimiento global del cerebro en acción.

Es posible pensar que se continua en la misma situación que describía la revista The Economist con anterioridad al desarrollo de los grandes proyectos que se han comentado. En 2006, en un artículo titulado “Pienso, luego existo, pienso yo”, con el subtítulo de “La conciencia espera a su Einstein”, analizaba cómo descubrir la aparición de la conciencia: “La verdad, por insatisfactoria que sea, es que nadie lo sabe realmente. Tampoco se sabe de dónde vendrá el próximo avance.” Y aventuraba: “tal vez un oficinista aburrido y desatendido acuda al rescate con una idea que domine el pensamiento del siglo XXI del mismo modo que la relatividad dominó el siglo XX.” “Al fin y al cabo, fue sentándose a pensar en algunos resultados paradójicos de la física como Albert Einstein pudo salirse del molde mental de la física clásica e inventar la teoría de la relatividad, contraintuitiva pero científicamente exitosa.”