mayo 21, 2013

Origen de la Inteligencia y Proyecto del Mapa del Cerebro




Origen de la inteligencia

Los avances en el campo de la neuro-ciencia permiten a los científicos
estar cada día más cerca de obtener una respuesta definitiva


A lo largo de la historia de la humanidad infinidad de investigadores han tratado de dar respuesta a esta incógnita sin demasiado éxito. Tampoco se ha encontrado una respuesta satisfactoria a lo que origina que una persona sea más inteligente que otra. Algunos científicos pensaban que el tamaño de ciertas áreas del cerebro (incluso el de dicho órgano) era la solución a la ecuación; otros, sin embargo, creían que la clave radicaba en el número de neuronas.

Encontrar una definición de inteligencia que se ajuste al término en toda su amplitud plantea serias dificultades. Si se toma la definición del diccionario, la inteligencia vendría a ser la capacidad de entender, asimilar, y elaborar la información y utilizarla para resolver problemas. “En realidad, es como no decir nada”, señala Dierssen, neurobióloga del Centro de Regulación Genómica de Barcelona “porque esa definición está compuesta de muchas funciones subyacentes: la memoria, la capacidad de abstracción, la capacidad de síntesis, etc.”.

El concepto, incluso, tiene un aspecto cultural, lo que vendría a complicar más la cuestión en lo referente a definir el fenómeno con exactitud. “Para una persona que viva en un lugar remoto del planeta, quizás su inteligencia consista en saber cazar bien; pero esto, para un occidental, es algo irrelevante”.

Lo que parece encontrar cierto consenso entre los científicos es que ahora, más que de inteligencia, se debe hablar de inteligencias múltiples. Significa que cada proceso puede ser diferente, puede estar sujeto a una variabilidad individual que seguramente depende de una variabilidad genómica. Hay personas que, por ejemplo, pueden ser más hábiles para escribir, pero puede haber otras con más aptitudes para la música, o para la pintura, o para la arquitectura…

La inteligencia humana, que la distingue de los animales, consiste en crear un vínculo entre sucesos que no lo tenían de manera evidente. Es esta capacidad de dar un sentido que es específica a los seres humanos entre todas las funciones inteligentes:

* La atención o distinción es una facultad de prestar atención y distinguir actos o cosas existentes en el medio ambiente.

* La concentración es una facultad para evaluar distancias, para representarse volúmenes y movimientos por representación mental.

* La conciencia o entendimiento es una facultad para comprender los problemas y los actos generalmente.

* El razonamiento o pensamiento es la facultad de planificar. También se llama creatividad.

* El humor es prueba de que uno se adapta socialmente fácilmente.

La única función del cerebro que parece considerarse como el origen de esta función de 'inteligencia' no es ni la memorización, ni el lenguaje, ni la escritura ni otras funciones sino más bien el automatismo entendido como interpretación, que se encuentra en el área cingular de la corteza cerebral.

Nuestro cerebro ha desarrollado de una parte una capacidad de interpretación intuitiva y de otra parte una confrontación lógica. La lucha entre la intuición y el razonamiento corresponde parcialmente a una oposición entre los dos hemisferios cerebrales. El diálogo del cerebro surge del hecho que ambos hemisferios no dan el mismo tipo de respuestas a la recepción de una misma información. La riqueza del pensamiento humano, su complejidad, probablemente podrían tener este origen.

Función del cortex del cíngulo anterior


El cortex del cíngulo anterior (CCA) o circunvolución del cíngulo anterior es la parte frontal de la circunvolución del cíngulo, que parece un "collar" formado alrededor del cuerpo calloso, el mazo fibroso que transmite las señales neuronales entre los hemisferios cerebrales derecho e izquierdo.

Hay un área particular del cerebro humano en el que sistemas neuronales subyacentes a la expresión y la percepción de las emociones, así como los relacionados con la memoria de trabajo y atención, interactúan tan estrechamente que constituyen la fuente movilizadora tanto de actividades externas (movimientos del cuerpo) como de actividades internas (vida mental, razonamiento). Esta zona es la corteza cingulada anterior, una pieza de este rompecabezas que es el sistema límbico.

Tres regiones del cerebro implicadas en la inteligencia

Se han identificado varias áreas clave. Las más importantes se encuentran en el nivel de la corteza prefrontal izquierda, de la corteza temporal  muy ampliamente utilizada para la inteligencia general  y en la parte posterior del cerebro, a nivel de la corteza parietalAlgunas áreas de la inteligencia general y de las funciones ejecutivas se superponen. Estas estructuras están también interconectadas.

Las facultades intelectuales y cognitivas no corresponden a una región específica del cerebro, ni a la totalidad del encéfalo, sino que dependen de algunas áreas específicas.

Determinadas regiones y conexiones indican que la inteligencia depende de la capacidad del cerebro para integrar la información a partir de procesos orales, visuales, espaciales y ejecutivos.


¿ Qué determina que una persona sea más inteligente que otra ?

La ciencia, al día de hoy, no tiene una respuesta clara al respecto. Lo que sí tiene son pistas. Se sabe que hay unas vías intracelulares, redes neuronales, que cuando se activan producen una mejor consolidación de la información.


Es sabido que la inteligencia tiene un componente genético. ¿ que es lo que hace que un superdotado sea mas inteligente que una persona normal ? El cerebro humano pesa de media 1400 gramos aunque el peso del cerebro varia de unas personas a otras. ¿ será que los superdotados tienen un cerebro mayor que el de las personas normales ? ¿ puede ser debido a que el superdotado tiene mas neuronas que una persona normal ? ¿ o por el contrario tiene más o menos el mismo número de neuronas pero éstas hacen más y mejores conexiones entre si ? Si los genes tienen un factor determinante sobre la inteligencia ¿ como actúan exactamente esos genes sobre el cerebro ? ¿ que diferencia hay entre el cerebro de un superdotado y el de un deficiente mental ? ¿ que es lo que hace que uno sea tan inteligente y el otro todo lo contrario ? ¿ que pasa en el interior de esos cerebros ?

Tomando como ejemplo a Einstein, un superdotado indudablemente, recientes investigaciones demuestran lo siguiente : El cerebro de Einstein tenía un 75% más de un tipo determinado de células que el cerebro medio humano. La autora de esta afirmación es una catedrática de anatomía de la universidad de California en Berkeley, Marian Diamond, quien explicó que existen dos tipos de células cerebrales. Las neuronas, donde, en pocas palabras, se produce el pensamiento, y que también conducen los impulsos nerviosos, y las células de la neuroglia, que proporcionan la nutrición y realizan otras funciones de sostén y protección de las neuronas. En parte del hemisferio izquierdo del cerebro de Einstein, Diamond encontró un 73% más de células de la neuroglia por cada neurona de las que existen en el cerebro medio humano. Señaló que ésta podría ser la razón de la inteligencia mostrada por Einstein, aunque reconoció que no se puede asegurar. Ella ha estudiado durante un año la relación entre las neuronas y las células de la neuroglia en ratas. Encontró que las ratas a las que se les proporcionaban medios de juego y ejercicio desarrollan mas células de neuroglia por cada neurona, como Einstein.

La herencia genética no es definitiva

Parte de las capacidades que posee un individuo vienen marcadas por los genes heredados. Pero no hay que menospreciar lo que la inteligencia de una persona puede avanzar gracias al entrenamiento. El cerebro, y en concreto la corteza cerebral, está prácticamente por desarrollar cuando nacemos. Su desarrollo definitivo se va gestando gracias a los estímulos y la información del entorno que una persona va recibiendo paulatinamente. Cuando se aprende algo el cerebro está cambiando un poco su mapa de conexiones. Esta capacidad de cambio depende de una propiedad que se llama plasticidad neuronal. Y ésta se puede favorecer mediante el entrenamiento.

Innato versus adquirido, polémica superada

Hay una tendencia a decir que lo que aparece en el nacimiento, es el efecto de los genes. Esto es falso: durante los nueve meses de embarazo, suceden muchas cosas. La madre sirve de cierta manera como una especie de filtro ante los eventos externos, sociales y también químicos  lo que come, respira, fuma, bebe, ingiere o se inyecta como droga , también puede estar estresada, ansiosa, fatigada.

Todo esto no es sin consecuencias sobre el feto. Hay de hecho, desde los primeros milisegundos de la fertilización, un efecto del medio ambiente. Esta interacción precoz de factores genéticos y del medio ambiente indica que lo innato es en gran parte adquirido y que no se puede concluir que lo que sucede en el nacimiento está predeterminado por los genes. En relación con lo adquirido, es por definición lo que se aprende. Sin embargo, allí también, lo adquirido puede ser anterior al nacimiento. Se sabe que el feto ya tiene capacidades de aprendizaje, es capaz de reconocer por ejemplo, la voz de sus padres.

¿ Tiene sentido cuantificar la inteligencia ?
Teniendo en cuenta que ahora se considera más el término de inteligencias múltiples y no de un concepto global del término, quizás las herramientas convencionales de medición del intelecto de una persona no tengan actualmente mucha razón de ser. El problema que presentan los tests psicométricos para medir el coeficiente intelectual, o incluso algunos tests neuropsicológicos, es que se basan en medidas excesivamente sustentadas en conocimiento adquirido. Lo que más usan los científicos en la actualidad son baterías de pruebas neuropsicológicas.


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El cerebro humano nunca ha sido tan estudiado por los investigadores. Y no se trata solamente de neurólogos y biólogos. Científicos de todas las disciplinas trabajan sobre el tema. Los psiquiatras, por ejemplo, están siempre más interesados en la relación entre enfermedades mentales y trastornos cerebrales. Los ingenieros en robótica y en ciencias de la computación intentan por su parte inspirarse en nuestra arquitectura neuronal para crear herramientas tecnológicas.



Proyecto Human Connectome

Es un proyecto de investigación que estudia la conectividad del cerebro humano, es decir, cómo se conectan las diferentes áreas cerebrales formando los circuitos que nos hacen sentir y razonar. El proyecto fue lanzado en julio de 2009 como el primero de tres Grandes Retos del Plan de los NIH para la investigación de neurociencia.

Los axones conforman la 
sustancia blanca del cerebro
El doctor David Van Essen, de la Universidad Washington, es responsable del proyecto.

Uno de los objetivos es poder trazar un atlas de las conexiones cerebrales, lo que permitiría analizar su desarrollo y funcionamiento. ¿ Qué mecanismos cerebrales se activan cuando pensamos, recordamos, hablamos, amamos...?

Estas acciones se pueden llevar a cabo mediante las modernas técnicas de resonancia magnética, sensibles a la difusión de agua para mostrar mapas detallados, no solamente de la materia gris (las neuronas cerebrales) sino también de las conexiones (sinapsis) entre distintas áreas, también denominadas materia blanca.

EL amarillo y el rojo representan
las regiones que desarrollaron
mayor actividad en los participantes
durante una o más tareas. El azul
representa las regiones menos activas
Para ello utiliza la técnica del tensor de difusión que permite identificar las fibras axónicas y las colorea en función de la dirección (azul proyecciones verticales, rojo las horizontales y verde las antero-posteriores).

El proyecto "Human Connectome" es fruto de 5 años de investigación, realizada mediante resonancia magnética funcional (fMRI) sobre 68 voluntarios. Las imágenes y datos publicados se han captado escaneando los cerebros de los voluntarios, que tenían que llevar a cabo diferentes tareas, como realizar ejercicios aritméticos, ver imágenes, escuchar historias o utilizar diversas partes de su cuerpo. Así podremos registrar qué partes de nuestro cerebro controlan que funciones.

El Proyecto Connectome proporciona a todo aquel que lo desee, una recopilación sin precedentes de datos neuronales, una interfaz para navegar gráficamente a través de estos datos y la oportunidad de estudiar con detalle la fisiología de nuestro cerebro.

Esta aportación podría abrir la puerta a futuros tratamientos para enfermedades que provocan graves deterioros cognitivos.


Proyecto Cerebro Humano (Human Brain Project)


En octubre 2013 empezó oficialmente el Human Brain Project (HBP), un mega proyecto financiado por la Comisión Europea con 1.200 millones de euros y en el que participarán durante diez años más de 130 instituciones de investigación en el mundo, 80 de ellas, europeas, pero también de Canadá, China, Israel, Japón y Estados Unidos.

Es un proyecto médico-científico y tecnológico que tiene como fin reproducir tecnológicamente las características del cerebro humano, y de esta forma conseguir avances en el campo de la medicina y la neurociencia. Para que éste proyecto pueda desarrollarse es necesaria la investigación en nuevas TIC, o tecnologías de supercomputación avanzadas que permitan asociar y utilizar la información integrada en modelos informáticos y simulaciones del cerebro que identifiquen patrones, principios organizativos y posibles carencias que puedan ser subsanadas con nuevos experimentos.

Seis plataformas de Investigación

* Neuro-informática
* Simulación de cerebro
* Cálculo de alto rendimiento
* Informática médica
* Computación neuro-mórfica
* Neuro-robótica.

Las plataformas estarán disponibles en 2016, para equipos científicos alrededor de todo el mundo.

El desarrollo del HBP traerá no solo un conocimiento más profundo del cerebro y de cómo tratar mejor las enfermedades cerebrales. También servirá como un acelerador tecnológico para mejorar los superordenadores y desarrollar sistemas totalmente nuevos inspirados en el funcionamiento y las capacidades del cerebro.




Proyecto de Creación de un
Mapa de la Actividad Cerebral


 "Creemos que la neuro-ciencia está preparada
para descubrir los circuitos cerebrales y
exponer sus propiedades emergentes iluminando
las selvas impenetrables del cerebro"


La Investigación Cerebral a través de Neurotecnología Avanzada Innovadora (BRAIN),
 busca ayudar a investigadores a encontrar nuevas formas de tratar, curar
e incluso prevenir trastornos del cerebro, como
el Alzheimer, la epilepsia y las heridas cerebrales traumáticas


En abril de 2013 la administración del presidente Obama anunció el plan de un esfuerzo de investigación, de una década de duración, cuyo objeto es desarrollar un mapa del cerebro humano, así como profundizar en la comprensión de su actividad. Se trata de algo similar a lo que el proyecto de Genoma Humano hizo por avanzar en el campo de la genética.

La iniciativa propone desarrollar nuevas tecnologías que puedan registrar la actividad de miles, si no millones o miles de millones de neuronas simultáneamente en escalas de tiempo que emparejen comportamiento y actividades mentales. Esta iniciativa ha sido titulada Brain Activity Map project – BAM (proyecto de mapeo de la actividad cerebral).

Hoy, la iniciativa de mapear el cerebro tiene la dimensión de una política de Estado, que será organizada por la Oficina de Política Científica y Tecnológica de los Estados Unidos, con la participación de todos los institutos nacionales de salud, la Fundación Nacional de la Ciencia, la Agencia de Investigación de Proyectos Avanzados de Defensa, al igual que muchas organizaciones privadas, como Howard Hughes Medical Institute, Chevy Chase y el Instituto Allen para las Ciencias del Cerebro, de Seattle, 80 instituciones de investigación europeas, sin dejar de lado a Google, Microsoft, Qualcomm y cientos de científicos de todo el mundo en un esfuerzo conjunto para avanzar en el conocimiento sobre los miles de millones de neuronas que conforman el cerebro, y así lograr un mayor conocimiento sobre aspectos como la percepción, pensamiento, emociones, conducta y, en última instancia, la conciencia.

Se espera que el financiamiento estatal para el proyecto gire entorno a los $300 millones anuales.

Compuesto de unos 100 mil millones de neuronas que responden a estímulos externos, así como en grandes redes basadas en la actividad consciente e inconsciente, el cerebro humano es tan complejo que los científicos todavía no han encontrado una manera de registrar la actividad de modo integral, sino sólo de pequeños números de neuronas a la vez, utilizando medios físicamente invasivos.

La tecnología actual que permite a los científicos estudiar la actividad neuronal ha dado lugar a numerosos proyectos de investigación del cerebro en diversos lugares del mundo. Sin embargo, en cuanto a su funcionamiento y dinámica en relación con la persona el cerebro sigue siendo uno de los mayores misterios científicos.

Iniciativas como el proyecto Connectome o el Brainbow Project también plantean mapear el cerebro, pero desde una perspectiva estructural. Ambas iniciativas buscan crear mapas para distinguir cómo las diferentes neuronas y áreas cerebrales están conectadas entre sí, pero en realidad son imágenes estáticas que no reflejan qué está ocurriendo en dichas redes.

Será necesario el desarrollo de nuevas tecnologías para que BRAIN alcance sus objetivos, y dichas tecnologías probablemente saquen partido de los recientes avances en nanotecnología. Los sensores existentes pueden registrar la actividad eléctrica de las neuronas, pero normalmente pueden supervisar menos de 100 neuronas a la vez.

En septiembre de 2011 una cincuentena de neurobiólogos y nanofísicos se reunieron en la ciudad inglesa de Buckinghamshire para discutir posibles proyectos conjuntos. Entre ellos estaba el neurocientífico de la Columbia University Rafael Yuste, quien se presentó con la propuesta más ambiciosa siquiera imaginada: registrar la actividad de circuitos neuronales enteros a escalas de milisegundos, y eventualmente de cerebros completos.

El Brain Activity Map liderado por Rafael Yuste se dio a conocer en la revista científica Neuron en junio de 2012 (The Brain Activity Map Project and the Challenge of Functional Connectomics), un grupo de autores de diversas universidades y centros de investigación, sugirió la posibilidad de modelar y construir un mapa completo de la actividad cerebral mediante la creación de pequeñas máquinas del tamaño de una molécula, de forma que no sean tan invasivas como las sondas actuales y puedan medir y registrar la actividad cerebral a nivel celular. Propone que el proyecto inicie con especies cuyo cerebro tiene un número reducido de neuronas y partir de allí hacia animales crecientemente complejos.

Una molécula fluorescente en las
neuronas de un ratón brilla cuando
las células cerebrales se activan
En abril 2013 se publicó un pequeño resumen en Science en el que también se proporciona una línea temporal aproximada. “Dentro de cinco años deberíamos poder seguir la actividad de decenas de miles de neuronas; dentro de 15 años, un millón de neuronas. El cerebro de una mosca tiene unas 100.000 neuronas, el de un ratón, unos 75 millones y el de un humano unos 75.000 millones”.

Podrían usarse las nuevas técnicas de micro y nanofabricación para crear pequeños chips con sondas químicas e incluso eléctricas más pequeñas que resultarían menos invasivas. Por ejemplo, podrían apilarse nanosondas que lleven varias docenas de electrodos para hacer registros en cientos de miles de localizaciones y transmitir datos de forma inalámbrica.

El BAM sugiere usar nano-partículas para medir el voltaje de las neuronas. Esas partículas podrían actuar como antenas para obtener señales ópticas que puedan interpretarse. Y para lograr una lectura con sentido de esas señales sería necesario desarrollar algoritmos inteligentes para interpretar la gran cantidad de información que se captaría. Más allá de registrar la actividad de todas las neuronas individuales en un circuito simultáneamente, los investigadores también deberían encontrar formas de manipular las neuronas dentro de esos circuitos y comprender la función del circuito a través de nuevos métodos de análisis de datos y modelado.

La reconstrucción de la actividad del cerebro debería hacerse en tres fases. Primero, usando métodos basados en el calcio para reconstruir los disparos de las neuronas. Segundo, visualizando los potenciales de acción. Tercero, reconstruyendo la actividad neuronal de regiones profundas del cerebro usando una tecnología similar al WIFI.

El proyecto utilizará modelos basados en supercomputadoras y simulaciones para reconstruir un cerebro humano virtual con el objetivo de desarrollar nuevos tratamientos para enfermedades neurológicas.

Tiene dos componentes principales: optimizar el entendimiento del sistema nervioso para beneficio de la medicina, la biología y la educación, y entender cómo funciona para proyectarlo como herramienta del desarrollo tecnológico y cultural de toda la humanidad.

Además de profundizar en el conocimiento del cerebro, el proyecto también puede dar lugar a nuevos tratamientos para desórdenes psiquiátricos y neurológicos. "Si comprendemos de verdad cómo emergen los pensamientos, el conocimiento y otros detalles del cerebro, tendremos una mejor comprensión de los cambios de humor, el Parkinson, la epilepsia y otras enfermedades que se cree derivan de problemas en los circuitos cerebrales a escala de todo el cerebro.

El proyecto tendrá también un componente ético y legal propio de las sociedades modernas. La iniciativa plantea retos éticos, como asegurarse de que los descubrimientos no abren la puerta a la manipulación mental.

El proyecto estadounidense irá en paralelo a uno ya en marcha europeo que pretende crear un cerebro artificial que replique el humano. Yuste asegura que no son iniciativas contrapuestas sino complementarias.

Fuente : National Institutes of Health


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Estos proyectos están transformando los parámetros éticos de la investigación. En general, la investigación del cerebro plantea una serie de cuestiones éticas, por ejemplo, cuando los investigadores realizan experimentos en animales. La asociación de computadoras potentes con bases de datos requiere un marco y una metodología distintiva y bien considerada. La comunidad científica en su conjunto debe establecer estas reglas. Y el público debe ser informado.




Lo que parece evidente es que, cada vez más, los avances en el campo de la neurobiología permiten a los científicos estar cada día más cerca de obtener una respuesta definitiva a la pregunta : ¿ dónde reside la inteligencia ? Sabemos qué parte es heredada, qué parte viene dada por el entrenamiento del individuo y que, quizás, ciertas redes neuronales tengan también algo que decir. Lo que sí parece claro es que la cuenta atrás para la detección definitiva del origen de la inteligencia humana ya ha empezado.


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