Texto: Jaime Fernández, Fotografía: Jesús de Miguel - 16 jul 2024 10:16 CET

De manera muy sencilla, ¿qué es la neurociencia computacional?

La idea de la neurociencia computacional es crear modelos matemáticos que puedan simular la actividad del cerebro. Para ello, lo primero que hacemos es medir la actividad del cerebro empíricamente, es decir, con sistemas de registro de magnetoencefalografía o de electroencefalografía, y a partir de ahí lo que intentamos es, bien con redes de spiking (de impulsos) o con neural masses, intentar reproducir esa actividad que hemos medido con los modelos matemáticos.

¿Cuál es el objetivo de esos modelos?

Si puedes reproducir esas señales cerebrales perfectamente, podrías empezar a entender cuáles son los mecanismos neurofisiológicos que gobiernan lo que le está pasando realmente al sujeto, lo que realmente estamos midiendo con las técnicas electrofisiológicas, y si eso es así, podemos empezar a hacer cambios, variaciones en el modelo matemático. Por ejemplo, si una persona tiene epilepsia o si tiene Alzheimer o cualquier otra patología, podemos incrementar o disminuir la excitabilidad del cerebro.

¿Eso mejoraría la función del cerebro?

Matemáticamente, cambiando determinados parámetros, podemos producir cambios en un cerebro patológico para que sea un cerebro normal y, por tanto, podemos inspirar a tratamientos de estimulación eléctrica, tratamientos neuroquímicos o de cualquier otro estilo, basados en investigaciones empíricas hechas en modelos matemáticos.

¿Hasta dónde hemos llegado ahora mismo en el conocimiento del cerebro?

Seguimos sabiendo poco, porque es un sistema complejo, dificilísimo de entender en su complejidad, pero sí que estos modelos, por ejemplo, nos están permitiendo entender muchos fenómenos que no entendíamos, como los retrasos entre los disparos neuronales, que son un parámetro muy importante para ver cómo trabajan las células entre sí, o cómo es la sincronización que se produce entre regiones. Los dos son parámetros importantes para trabajar juntos, no sé si para comunicar información, pero sí para trabajar juntos. Es decir, que todos estos modelos matemáticos, poco a poco, nos están ayudando a entender cosas que antes describíamos, ya que lo que hacíamos era simplemente describir, medíamos la actividad y describíamos lo que veíamos, mientras que estos modelos nos permiten explicar por qué están pasando esas cosas. Eso sí, estamos empezando en esta disciplina, porque este es un mundo que lleva poco tiempo con los modelos más eficientes, aunque es cierto que va a una velocidad enorme y nos va a permitir inspirar tratamientos, que es lo más importante que podemos hacer.

¿Cree que queda mucho tiempo para una comprensión global del cerebro?

Muchísimo tiempo, porque también es un problema de cuantificar los datos. Cuando haya ordenadores cuánticos podremos ir a una velocidad mucho más alta de computación y, por tanto, podremos meter muchos datos al mismo tiempo, cosa que ahora no se puede hacer. En estos momentos se pueden modelar poblaciones relativamente pequeñas respecto a lo que sería un cerebro de 86.000 millones de neuronas. Ahora hay modelos de 4.000, 5.000, 15.000 neuronas, pero 86.000 millones es realmente algo prácticamente imposible para la capacidad que tienen nuestros computadores. Cuando vengan estas otras capacidades de computador daremos un salto enorme, seguro.

¿Proyectos como BRAIN, de Estados Unidos, y otros de la Unión Europea están ayudando en estos avances? ¿A qué ritmo realmente?

Todos esos proyectos ayudan, claro. Nosotros estuvimos en un proyecto que se llamaba Virtual Brain Cloud, en el que se trataba de desarrollar estos proyectos computacionales. En el Human Brain Project y en el proyecto BRAIN de Rafael Yuste también hay un apartado de modelos computacionales que permiten entender fenómenos particulares. Por ejemplo, en el Virtual Brain Cloud creamos un simulador de señales que permitía ayudar a entender la epilepsia, con medidas en pacientes con esa enfermedad para saber cómo eran esas redes y ver cómo alterar esas redes para que no se produjeran crisis epilépticas. Esa es una de las ideas que se está desarrollando, en un laboratorio de Marsella, y es una de las posibilidades que tiene esta gran neurociencia computacional. Otros lo que han hecho es inspirar, por ejemplo, en la enfermedad de Alzheimer, estimulaciones en determinadas frecuencias que pudieran ayudar a la limpieza de la placa de beta-amiloide. Todo está desarrollándose a una velocidad bastante rápida y ya incluye sistemas y modelos de intervención. En el caso de la Fundación Humanismo y Ciencia, que es con la que estamos trabajando desde la Complutense, la idea es, para poder desarrollar estos modelos, intentar entender la inteligencia humana con el objetivo de mejorar la capacidad de personas que tengan algunos problemas cognitivos. A partir del mejor cerebro, el cerebro mejor funcionante, hacer un modelo computacional de él para después poder ayudar a personas que tengan algún tipo de menoscabo cognitivo.

¿Frente a otras técnicas, la neurociencia computacional apuesta por métodos no invasivos de intervención?

Sí, exactamente, hay modelos de intervención que serían de electrodos profundos, como el Neuralink, y hay mucha gente que está trabajando con esas ideas, pero nosotros creemos que se pueden hacer estimulaciones con sistemas de estimulación eléctrica o estimulación magnética, inspirados en modelos computacionales, donde se pueden tener unas eficiencias muy grandes sin tener que introducir electrodos en el cerebro. De momento son cosas que estamos prometiendo, pero que hay que conseguir, porque también hay que contar con la suma de la interferencia temporal, que sería la suma de señales en algunos puntos, que incrementaría incluso la intensidad de estimulación en algunas áreas. Todo esto son cosas que se están investigando, pero sí es nuestra apuesta, la estimulación externa, más que la estimulación interna e invasiva.

¿Se han conseguido ya, aparte de en modelos matemáticos, en algún modelo animal?

Sí, claro, muchos de estos modelos de hecho se han ensayado en animales durante tiempo para intentar saber cuáles eran los mecanismos que gobernaban determinados procesos en los animales. Las predicciones del modelo se aplicaban en animales para ver si realmente ocurría eso o no, y ahí se producían cambios, y una vez que se ha visto que esos modelos funcionaban relativamente bien, es cuando se están trasladando al ser humano, aunque es muchísimo más complejo y mucho más difícil de modelar. De momento, las pruebas que estamos haciendo y modelando en humanos, están saliendo muy bien y creo que ya están teniendo en muchas de ellas aplicabilidad, porque están siendo muy explicativas de lo que está pasando en el cerebro. Y a partir de ahí seguro que se van a inspirar muchas cosas que antes no teníamos ni en la cabeza que podíamos hacer.

¿Cómo se ha diseñado el curso de verano de la UCM para hablar de esta neurociencia computacional?

Nos emos traído tres ponentes magníficos, uno de la Universidad Complutense, Gianluca Susi, de la Facultad de Ciencias Físicas; otro es Claudio Mirasso, director del IFISC-CSIC, el Centro de Sistemas Complejos de la Universidad de Islas Baleares, y el otro es Giulio Ruffini, que es el fundador de la empresa Neuroelectrics, que es la primera empresa que ha pasado toda la investigación básica que hacemos en modelos para hacer estimulación externa del cerebro y hacer neuromodulación. Los tres ponentes están dando un nivel increíble, junto, tengo que decir, con las magníficas preguntas que están haciendo los alumnos, que es lo que a mí más me está enriqueciendo del curso.

¿Qué tal avanzan las obras del Centro de Neurociencia Cognitiva y Computacional (C3N) de la UCM?

Tengo que agradecer enormemente que la Complutense se esté volcando en esto, incluyendo muchos vicerrectorados y el propio rector, que están poniendo muchísimo de su parte para que esto salga adelante. Ahora estamos esperando que el arquitecto de Pozuelo nos dé la aprobación de la obra, pero ya se ha comprado la máquina que de momento vamos a tener almacenada en Somosaguas, hasta que se instalen lo que son los módulos del Centro, que esperamos, si todo va bien, que en marzo o abril pueda empezar a funcionar. En ese momento tendremos un Centro realmente de neurociencia muy avanzado, porque ninguna universidad en España tendrá lo que tenemos nosotros en la Complutense y seremos punta de lanza, al menos, de la investigación europea.