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1. IMPLANTES DE MEMORIA
Un neurocientífico inconformista cree haber descifrado el código con el que
el cerebro forma los recuerdos a largo plazo.
Theodore Berger, ingeniero biomédico y neurocientífico de la Universidad del Sur
de California (USC) en Los Ángeles (EE.UU.), imagina un día en un futuro no muy
lejano en el que los implantes electrónicos puedan ayudar a los pacientes con
pérdida grave de memoria.
En aquellas personas cuyos
cerebros han sufrido daños por la
enfermedad de Alzheimer, un
derrame cerebral o una lesión, la
interrupción de las redes
neuronales a menudo impide la
formación de recuerdos a largo
plazo. Durante más de dos décadas
Berger ha diseñado chips de silicio
para imitar el procesamiento de
señales que las neuronas realizan
cuando funcionan correctamente,
algo que nos permite recordar
experiencias y conocimiento
durante más de un minuto. En
última instancia, Berger quiere
restaurar la capacidad de crear
recuerdos a largo plazo mediante la
implantación de chips como estos en el cerebro.
La idea es tan audaz y está tan alejada de la corriente principal de la neurociencia
que muchos de sus colegas, señala Berger, creen que está prácticamente loco.
"Hace mucho tiempo ya me dijeron que estaba loco", asegura con una sonrisa,
sentado en una sala de conferencias en uno de sus laboratorios. Sin embargo, dado
el éxito de experimentos recientes llevados a cabo por su grupo y varios
colaboradores cercanos, Berger se está deshaciendo de la fama de loco para pasar
a interpretar el papel de pionero visionario.
Berger y sus socios de investigación aún no han realizado pruebas en humanos de
sus prótesis neuronales, pero sus experimentos muestran cómo un chip de silicio
conectado externamente a cerebros de ratas y monos por medio de electrodos

2. puede procesar la información igual que lo hacen las neuronas reales. "No estamos
devolviendo recuerdos individuales al cerebro", señala. "Estamos creando la
capacidad de generar recuerdos". En un experimento impresionante publicado el
pasado otoño, Berger y sus colaboradores demostraron que también pudieron
ayudar a un grupo de monos a recuperar recuerdos a largo plazo de una parte del
cerebro que los almacena.
Un implante de memoria puede sonar como algo inverosímil, pero Berger señala
otros éxitos recientes dentro de las neuroprótesis. Los implantes cocleares ayudan
hoy día a más de 200.000 personas sordas a oír al convertir el sonido en señales
eléctricas que se envían al nervio auditivo. Mientras tanto, una serie de
experimentos iniciales han demostrado que la implantación de electrodos puede
permitir a personas paralizadas mover brazos robóticos con sus pensamientos.
Otros investigadores han conseguido éxitos preliminares con retinas artificiales en
personas ciegas.
Sin embargo, la restauración de un tipo de cognición en el cerebro es mucho más
difícil que cualquiera de esos logros. Berger ha pasado gran parte de los últimos 35
años tratando de comprender las cuestiones fundamentales sobre el
comportamiento de las neuronas en el hipocampo, una parte del cerebro conocida
por estar involucrada en la formación de la memoria. "Está muy claro", asegura. "El
hipocampo convierte los recuerdos a corto plazo en recuerdos a largo plazo".
Lo que está menos claro es cómo logra el hipocampo realizar esta complicada
hazaña. Berger ha desarrollado teoremas matemáticos que describen el modo en
que las señales eléctricas se mueven a través de las neuronas del hipocampo para
formar un recuerdo a largo plazo, y ha demostrado que sus ecuaciones coinciden
con la realidad. "No tienes que hacer todo lo que hace el cerebro, ¿pero puedes al
menos imitar algunas de las cosas que hace un cerebro real?", se pregunta. "¿Lo
puedes modelar y ponerlo en un dispositivo? ¿Puedes conseguir que ese dispositivo
funcione en cualquier cerebro? Esas tres cosas son las que hacen que la gente
piense que estoy loco. Creen que es demasiado difícil".
Descifrando el código
Berger habla a menudo con frases que se extienden hasta el punto de llegar a ser
párrafos, usa muchos apartes, notas al pie y se desvía completamente del tema en
cuestión. Le pido que defina la memoria. "Es una serie de impulsos eléctricos a
través del tiempo que se generan por un número determinado de neuronas", señala.
"Resulta importante porque puedes reducir [el concepto] a esa definición y ponerlo

3. en un contexto. No solo puedes entenderlo en términos de eventos biológicos que
hayan sucedido, sino que significa que es tangible, puedes hacer algo con ello,
puedes poner un electrodo y grabar algo que coincida con la definición de un
recuerdo. Puedes encontrar las 2.147 neuronas que forman parte de este recuerdo.
¿Y qué es lo que generan? Generan una serie de pulsos. No es extraño. Es algo
que puedes manejar. Es útil. Es lo que sucede".
Esta es la visión convencional de la memoria, pero se queda en la superficie.
Muchos colegas dedicados a indagar sobre este misterioso reino del cerebro no han
tratado de ir mucho más allá, lo que contribuye a la frustración perpetua de Berger.
Los neurocientíficos rastrean las señales eléctricas en el cerebro mediante el control
de los potenciales de acción, cambios a escala de microvoltios en la superficie de
las neuronas. Pero con demasiada frecuencia, señala Berger, sus informes
simplifican lo que realmente está ocurriendo. "Encuentran un acontecimiento
importante en el entorno y cuentan los potenciales de acción", asegura. "Afirman:
'Ha subido de 1 a 200 después de haber hecho algo. Estoy encontrando algo
interesante'. ¿Qué estás encontrando? 'La actividad ha subido'. ¿Pero qué estás
encontrando? 'La actividad ha subido'. ¿Y qué? ¿Está codificando algo?
¿Representa algo que le importe a la siguiente neurona? ¿Provoca que la siguiente
neurona haga algo diferente? Eso es lo que se supone que debemos hacer: explicar
las cosas, no solo describirlas".
Berger toma un marcador y llena una pizarra de arriba abajo con una línea de
círculos que representan las neuronas. Al lado de cada una, dibuja una línea
horizontal con un patrón diferente de repuntes. "Esto eres tú en mi cerebro", afirma.
"Mi hipocampo ya ha formado un recuerdo a largo plazo de ti. Te recordaré la
próxima semana. Pero, ¿cómo puedo distinguirte de la siguiente persona? Digamos
que hay 500.000 células en el hipocampo que te representan, y cada célula codifica
muchas cosas, como por ejemplo la relación entre tu nariz y la ceja, lo codifican todo
con diferentes patrones. Así que la realidad del sistema nervioso es muy
complicada, por lo que todavía estamos haciéndonos estas preguntas tan básicas
y limitadas acerca de él".

4. Theodore Berger ha pasado su carrera
tratando de entender cómo forman los
recuerdos en las neuronas.
En la escuela de posgrado en Harvard,
el mentor de Berger fue Richard
Thompson, que estudió los cambios
localizados e inductores del aprendizaje
en el cerebro. Thompson utilizó un tono
y una bocanada de aire para
condicionar a conejos a parpadear los
ojos, con el objetivo de determinar el
lugar donde se almacenaba el recuerdo
inducido. La idea era encontrar un lugar
específico en el cerebro donde se localizara el aprendizaje, señala Berger: "Si el
animal aprendía y lo quitabas, el animal era incapaz de recordar".
Thompson, con la ayuda de Berger, logró hacer precisamente eso, y publicaron los
resultados en 1976. Para encontrar la localización en los conejos, pusieron
electrodos en los cerebros de los animales capaces de analizar la actividad de una
neurona. Las neuronas tienen puertas en sus membranas, que permiten que las
partículas cargadas eléctricamente, como el sodio y el potasio, entren y salgan.
Thompson y Berger documentaron los picos eléctricos observados en el hipocampo
a medida que los conejos desarrollaban el recuerdo. Tanto la amplitud de los picos
(que representa el potencial de acción) y su espaciamiento formaron patrones. No
puede ser un accidente, pensó Berger, que las células se activen de una manera
que forme patrones con respecto al tiempo.
Esto le condujo a la cuestión central que subyace en su trabajo actual: a medida
que las células reciben y envían señales eléctricas, ¿qué patrón describe la relación
cuantitativa entre la entrada y la salida? Es decir, si una neurona se activa en un
momento y lugar específico, ¿qué es exactamente lo que hacen las neuronas
vecinas en respuesta? La respuesta podría revelar el código que las neuronas
utilizan para formar un recuerdo a largo plazo.
Pero pronto quedó claro que la respuesta es sumamente compleja. A finales de los
años 80, Berger, que trabaja en la Universidad de Pittsburgh con Robert Sclabassi,
quedó fascinado por una propiedad de la red neuronal en el hipocampo. Cuando
estimularon el hipocampo de un conejo con impulsos eléctricos (la entrada) y

5. registraron cómo las señales se movían a través de diferentes poblaciones de
neuronas (la salida), la relación que observaron entre las dos no era lineal. "Digamos
que pones 1 y obtienes 2", afirma Berger. "Eso resulta bastante fácil. Es una relación
lineal". Sin embargo, resulta que "en esencia no hay ninguna condición en el cerebro
donde se obtenga actividad lineal, una suma lineal", señala. "Siempre es no lineal".
Las señales se superponen, y algunas suprimen un impulso de entrada y otras lo
acentúan.
A principios de la década de los 90, su entendimiento (y el hardware informático)
habían avanzado hasta el punto de que permitirle trabajar con sus colegas en el
departamento de ingeniería de la Universidad del Sur de California para crear chips
de ordenador que simularan el procesamiento de señal realizado en algunas partes
del hipocampo. "Se hizo evidente que si pudiera conseguir que esto funcionara en
grandes cantidades en hardware, conseguiríamos partes del cerebro", afirma. "¿Por
qué no conectarnos con lo que existe en el cerebro? Así que me puse a pensar
seriamente en las prótesis mucho antes de nadie las considerara".
Un implante en el cerebro
Berger comenzó a trabajar con Vasilis Marmarelis, ingeniero biomédico de la USC,
para empezar a fabricar una prótesis cerebral. Primero trabajaron con cortes de
hipocampo de ratas. Partiendo del conocimiento de que las señales neuronales se
mueven de un extremo del hipocampo al otro, los investigadores enviaron pulsos
aleatorios en el hipocampo, registraron las señales en varios lugares para ver la
forma en que se transformaban, y después derivaron las ecuaciones matemáticas
que describían las transformaciones. Implementaron esas ecuaciones en chips de
ordenador.
A continuación, para evaluar si tal chip podría servir como prótesis para una región
del hipocampo dañada, los investigadores investigaron si podían circunvalar un
componente central de la vía en los cortes de cerebro. Unos electrodos colocados
en la región enviaron impulsos eléctricos a un chip externo, el cual llevó a cabo las
transformaciones que normalmente se realizan en el hipocampo. Otros electrodos
enviaron de vuelta las señales al corte de cerebro.