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Control del cerebro por medio de la luz

La optogenética permite estudiar el funcionamiento del sistema nervioso con una precisión extraordinaria y podrían mejorar el tratamiento de enfermedades psiquiátricas.

DARREN BRAUN

En síntesis

Durante largo tiempo, los neurólogos han carecido de un método preciso para estudiar el funcionamiento del cerebro. De forma inesperada, ha surgido una solución a partir del estudio genético de microorganismos que presentan opsinas, unas proteínas que reaccionan ante la luz.

Mediante la inserción de genes de opsinas en ciertas neuronas y la aplicación de destellos luminosos es posible excitar esas células en determinados momentos. Esta técnica, la optogenética, permite llevar a cabo experimentos sumamente precisos en un tipo concreto de neuronas de animales con libertad de movimiento, algo que con los electrodos o los métodos tradicionales no se puede conseguir.

Aunque la optogenética se halla todavía en sus albores, ya está generando datos potencialmente útiles sobre los mecanismos neurológicos de algunas enfermedades psi­quiátricas, lo que contribuirá a mejorar su tratamiento.

Cada día, al ejercer como psiquiatra me enfrento a las limitaciones de mi campo. A pesar de los nobles esfuerzos de médicos e investigadores, nuestro limitado conocimiento sobre las raíces de las enfermedades psiquiátricas dificulta la búsqueda de tratamientos y contribuye a la estigmatización de este tipo de trastornos, principales causantes de la disminución de la esperanza de vida o de discapacidad en todo el mundo. Sin lugar a dudas, la psiquiatría necesita responder a esa dificultad. Pero según el filósofo de la ciencia Karl Popper, antes de poder hallar respuestas debemos saber plantear nuevas preguntas. En otras palabras, necesitamos nuevas técnicas.

Sin embargo, a causa de la enorme complejidad del cerebro de los mamíferos, el desarrollo de técnicas adecuadas constituye una tarea ardua. El órgano es un intricado sistema formado por miles de millones de neuronas de múltiples tipos que se hallan interconectadas según distintas configuraciones. Las células intercambian señales eléctricas y una gran variedad de mensajeros bioquímicos en apenas milisegundos, con una sincronización muy precisa. Debido a esa complejidad, los neurólogos carecen de un conocimiento profundo sobre el funcionamiento del cerebro. Se ignora el modo en que ciertos patrones de actividad en determinadas neuronas originan, en última instancia, pensamientos, recuerdos, sensaciones y sentimientos. Por extensión, tampoco se sabe la manera en que los defectos físicos del cerebro provocan las diferentes enfermedades psiquiátricas, como la depresión o la esquizofrenia. De ahí que los tratamientos psiquiátricos sean, esencialmente, fruto de la casualidad: sirven de ayuda para mucha gente, pero en muy pocos casos son reveladores.

No debe sorprender pues que, en un artículo publicado en Investigación y Ciencia en 1979, el premio nóbel Francis Crick sugiriese que la mayor dificultad a la que se enfrenta la neurociencia consiste en ejercer el control sobre un cierto tipo de neuronas sin afectar a otras. Los estímulos eléctricos no cumplen ese requisito, ya que los electrodos constituyen un instrumento demasiado rudimentario: allá donde se insertan estimulan todas las células sin distinguir entre tipos celulares; además, sus señales tampoco pueden desactivar con precisión las neuronas. Más tarde, Crick planteó la posibilidad de utilizar la luz como método de control, pues se podría aplicar mediante destellos de distintos colores en momentos y lugares concretos. Pero, por aquel entonces, nadie sabía cómo lograrlo.

En ese tiempo, en un campo de la biología bien alejado, se estaban estudiando unos microorganismos que solo más adelante resultarían de interés en psiquiatría. Se sabe desde hace décadas que algunos microorganismos producen proteínas que regulan el flujo de cargas eléctricas a través de sus membranas en respuesta a la luz visible. Esas proteínas, cuya síntesis depende de un conjunto de genes de opsinas, ayudan al microorganismo a extraer energía e información de la luz del entorno. En 1971, Walter Stoeckenius y Dieter Oesterhelt, por aquel entonces en la Universidad de California en San Francisco, descubrieron que una de esas proteínas, la bacteriorrodopsina, actuaba como una bomba de iones de un solo componente. Se trataba de una extraordinaria maquinaria molecular compacta, activada brevemente por fotones de luz verde. La identificación posterior de otras proteínas de la misma familia (las halorrodopsinas en 1977 y las canalorrodopsinas en 2002) permitió avanzar en el estudio de los genes individuales de sistemas simples.

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