Edvard Moser, neurocientífico: “No sabemos por qué el alzhéimer ataca primero a las células del espacio y el tiempo”

En el cerebro de los animales existe una clase muy especial de células. Unas neuronas que se parecen a las otras neuronas; en todo, excepto en su función muy específica y vital para la supervivencia del individuo. Se llaman células “grid” o células de red y funcionan como una especie de GPS, ya que permiten mapear el espacio en el que se está moviendo el animal. Y no solo mapean el espacio: también lo hacen con el tiempo. 

Uno de sus descubridores es el neurocientífico noruego Edvard Moser, que compartió premio Nobel de Medicina junto a su mujer May Britt Moser y al estadounidense John O'Keefe en 2014. Moser fue invitado por el CosmoCaixa de Barcelona para impartir la conferencia “¿Innato o aprendido?” en su ciclo “Grandes de la ciencia”. Se presenta a la entrevista en tejanos y con zapatillas de deporte rosas y enseguida se sume en un viaje en la neurociencia para explicar de qué manera extraordinaria funciona el cerebro. También el de Donald Trump. 

“Cuando yo era estudiante de psicología, en los años ochenta, establecer un vínculo entre la actividad neuronal —es decir, lo que hacen las neuronas en el cerebro— y los resultados que tradicionalmente estudiaba la psicología, como los pensamientos, los recuerdos, las emociones o los planes, era un desafío enorme. Existía una brecha muy grande entre ambos niveles”, explica. Fue por eso que May Britt (que luego se convirtió en su mujer, hasta el 2016) y él empezaron a estudiar este problema, “científicamente muy estimulante” y consiguieron un doctorado en neurofisiología, trabajando con las técnicas que existían en ese momento, que permitían inferir, de manera indirecta, qué estaba ocurriendo en las neuronas del cerebro en relación con la memoria.

En la práctica, ¿escaneaban células en distintas áreas del cerebro?

Sí, pero se trataba más bien de registrar una actividad promedio. Ese promedio, sin embargo, no era suficiente. Mientras tanto, entramos en contacto con el trabajo de John O’Keefe —con quien más tarde compartiríamos el Premio Nobel—, que a comienzos de los años setenta ya había registrado por primera vez las llamadas células de lugar o place cells. Son células que se activan cuando un animal está en un lugar determinado. El punto es que él registraba una neurona a la vez. Ese fue el punto de partida de nuestro laboratorio, a finales de los años 90. Nosotros también comenzamos trabajando con registros de neuronas individuales. 

Sin embargo, en los años siguientes el cambio de paradigma en las neurociencias ha sido brutal, ¿verdad?

En los últimos diez años se ha producido una verdadera explosión: ya no se trabaja con una sola célula, ahora podemos registrar miles simultáneamente. Sabemos que los códigos del cerebro no están contenidos en neuronas individuales. Por supuesto que las neuronas individuales son importantes, pero la información emerge de sus interacciones. Esa complejidad de datos no estaba disponible antes; hoy lo está gracias a nuevas técnicas experimentales y hay nuevas formas de analizar e interpretar conjuntos de datos complejos. Por eso, la neurociencia actual es muy diferente de la que existía hace cuarenta años. Es un campo que avanza a una velocidad extraordinaria.

En 2005 hicieron el descubrimiento de su vida: las células de red. ¿Cómo se reconocen? ¿Son neuronas como las otras?

La manera en que se reconocen —y así fue desde el momento en que las descubrimos— es a partir de su actividad neuronal. Es lo que llamamos un reconocimiento funcional. No se “ven” las células en sí.

O sea que visualmente se parecen a cualquier otra neurona.

Exactamente. Morfológicamente no se distinguen. Lo que cambia es lo que hacen, la clase de función que cumplen. Si me mostraras una neurona aislada, no podría decirte si es o no una célula de red. Ni siquiera hoy, basándonos en los genes que expresa. Es posible que exista alguna firma genética específica, pero hasta ahora no se ha identificado. Es como ver a dos atletas: no sabes cuál es el más rápido hasta que los ves correr. 

En nuestro caso, dejamos que la rata se mueva libremente por un entorno y lo que observamos son estos patrones de activación. Hoy podemos registrar cientos o incluso miles de estas neuronas al mismo tiempo. Y lo interesante es que ya no es ni necesario relacionarlas con el mundo exterior: las podemos reconocer identificándolas a partir de sus relaciones con otras células. Incluso cuando el animal está dormido, soñando o en reposo, estos patrones siguen estando presentes, aunque ya no estén anclados a un entorno físico concreto. Las relaciones entre las células se mantienen. 

¿Y no podrían cambiar de función? ¿Siempre hacen la misma función de navegación?

Las células de red no cambian de función: son siempre células de red. No se reciclan ni se transforman en otro tipo de neuronas, y hasta ahora no se ha observado ninguna excepción a esto. Existen también otras clases de neuronas implicadas en la navegación, como las head direction cells (“células de dirección de la cabeza”), que codifican la dirección hacia la que está orientado el animal, no en relación con el norte magnético, sino con referencias internas del entorno, como una pared o una puerta. Ambos sistemas trabajan conjuntamente: las células de red proporcionan una especie de mapa con coordenadas espaciales, mientras que las head direction cells actúan como una brújula. Para orientarse en el espacio, el cerebro necesita ambas cosas: posición y orientación.

Es un poco difícil entender esto. ¿Cómo pueden estas células hacer este tipo de función? ¿Cómo son capaces de representar el mundo y el tiempo?

Durante mucho tiempo no lo teníamos claro. De hecho, esto empezó a aclararse hace poco, con un trabajo que publicamos en Nature el año pasado Lo que descubrimos es que el patrón hexagonal característico de estas neuronas no es algo fijo, sino un promedio temporal. Si se registra la actividad durante varios minutos, aparecen puntos estables en el espacio. Pero si se observa la actividad con resolución de milisegundos, se ve algo muy distinto: en intervalos de entre 50 y 100 milisegundos, la actividad neuronal no permanece en un punto, sino que se desplaza siguiendo un patrón extremadamente regular. Comienza en la posición actual del animal y se extiende progresivamente hacia posiciones cercanas.

Este proceso recuerda, en su estructura temporal, al barrido que realizan algunos murciélagos mediante ecolocalización, aunque en este caso no hay señales emitidas hacia el exterior. El fenómeno no puede observarse en una sola neurona: solo se hace visible cuando se registran muchas células de red simultáneamente. Entonces se observa una secuencia ordenada de activación: primero las neuronas que representan la posición actual, luego las que codifican posiciones ligeramente adelantadas, después otras más lejanas, hasta que el ciclo se reinicia. 

Es un nivel de sofisticación bastante impresionante.

Hay más. Este patrón no depende de la información visual ni de estímulos externos. Es una dinámica intrínseca del circuito neuronal y se produce incluso durante el sueño. Las neuronas están conectadas de tal manera que generan estas secuencias de activación de forma autónoma. La función de este mecanismo es permitir que el cerebro explore de manera rápida y sistemática el espacio que rodea al animal. Cada barrido dura menos de 100 milisegundos y cubre no solo la posición actual, sino también las posibles trayectorias y relaciones espaciales cercanas. De este modo, el sistema de navegación cerebral no se limita a saber dónde está el organismo en un instante dado, sino que construye un mapa dinámico que permite anticipar rutas, distancias y conexiones en el entorno. 

Ha mencionado estos patrones de actividad hexagonales. ¿Cómo los tenemos que imaginar?

No se trata de algo que pueda verse directamente en una neurona o en el cerebro. La forma hexagonal solo aparece si se registra la actividad de la célula durante un período prolongado. Para ello es necesario medir dos cosas al mismo tiempo: la posición del animal mientras se mueve y los momentos en que la neurona emite impulsos eléctricos.

En el caso de una célula individual, la neurona solo se activa cuando el animal se encuentra en determinadas posiciones del espacio. Si se superpone esa actividad a lo largo del tiempo, se observa que esos puntos de activación no están distribuidos al azar, sino que forman un patrón regular de tipo hexagonal. El hexágono no corresponde a la forma de la neurona, sino a las posiciones del animal en el espacio cuando la célula se activa. Y como decía, lo notable es que este patrón puede aparecer incluso cuando no hay un espacio físico real. 

Durante el sueño, por ejemplo, la actividad de las neuronas sigue desplazándose como si recorriera un espacio virtual. Es como si el cerebro explorara internamente el entorno: las neuronas se activan siguiendo el mismo patrón hexagonal, pero ya no están ancladas a una habitación o a un lugar concreto, sino a un espacio interno que existe únicamente en la mente del animal.

Una de las razones por las que las células de red han despertado tanto interés es su relación con enfermedades como el alzhéimer, en las que se deterioran muy pronto la percepción del espacio y del tiempo. ¿Por qué esta región del cerebro es tan vulnerable?

Para entenderlo, hay que retroceder un poco y fijarse en el área cerebral implicada, el córtex entorrinal. Esta región se divide en dos partes: una medial, situada más hacia el centro, y una lateral, situada hacia el exterior. La parte medial es la que contiene las células de red y está principalmente implicada en la representación del espacio. La parte lateral, en cambio, es muy diferente y parece estar mucho más relacionada con el procesamiento del tiempo.

En esta región lateral observamos que la actividad neuronal no vuelve nunca a un estado anterior, sino que cambia continuamente. Ese cambio constante de la actividad es lo que correlaciona con el paso del tiempo: si la actividad cambia mucho, ha pasado mucho tiempo; si cambia poco, ha pasado poco tiempo. Creemos que esta dinámica es una de las formas en que el cerebro mantiene un registro del tiempo transcurrido.

Estas dos áreas son las primeras regiones que se ven afectadas en la enfermedad de Alzheimer. Como consecuencia, los primeros síntomas suelen ser la desorientación espacial y la dificultad para seguir el paso del tiempo. Cuando se combinan estos dos déficits, se ve afectada también la memoria, que depende intrínsecamente de la relación entre espacio y tiempo. Por eso, espacio, tiempo y memoria son las primeras funciones que se deterioran en esta enfermedad.

La gran pregunta sigue siendo por qué el alzhéimer comienza precisamente allí. No lo sabemos todavía. Se trata de células muy especiales, en particular en la región lateral, donde la enfermedad parece iniciarse. Son neuronas muy grandes y probablemente tienen unas demandas energéticas elevadas, lo que podría hacerlas más vulnerables. Pero el mecanismo exacto sigue siendo incierto y es un tema central de investigación.

Uno de los campos que más interés está despertando últimamente es la posibilidad de utilizar prótesis para sustituir algunas funciones cerebrales dañadas. ¿Es algo realmente viable para este tipo de neuronas?

No es un ámbito en el que mi laboratorio trabaje directamente. Las prótesis pueden ser útiles en áreas del cerebro donde la codificación neuronal es relativamente simple, como en el control del movimiento. Por ejemplo, si una persona pierde la capacidad de mover un brazo, es posible activar un brazo prostético leyendo la actividad de las áreas motoras del cerebro, que codifican órdenes muy cercanas al movimiento en sí.

Sin embargo, cuando se trata de funciones como la memoria, la navegación o la percepción del tiempo, no basta con leer una señal simple: es necesario comprender en detalle los circuitos internos que generan esas funciones. Por eso, este tipo de aplicaciones está todavía muy lejos de ser realizable.

En teoría, la única posibilidad sería implantar en el cerebro un circuito electrónico que pudiera emular el funcionamiento de sistemas como el que construyen las células de red. Pero para lograrlo sería necesario entender con mucha precisión cómo funcionan estas neuronas. Y, en segundo lugar, habría que conectar ese circuito artificial con el resto del cerebro de la manera adecuada. Y esto no es nada baladí. 

Entonces, lo que le pasa al coronel Miles Quaritch de la película Avatar, que su cerebro es codificado y su consciencia y recuerdos son implantados en un cuerpo diferente, ¿es totalmente impensable?  

Es imposible hacer un clon mental del cerebro de una persona. Si la pregunta se limita a sistemas concretos, como el sistema motor, o incluso a la visión, quizás. Existen proyectos que intentan restaurar parcialmente la visión en personas ciegas mediante dispositivos que captan señales luminosas y las convierten en impulsos eléctricos enviados directamente al cerebro. Aquí la dificultad principal está en lograr una conexión precisa con las neuronas adecuadas.

Cuando se habla del cerebro en su conjunto, la situación es mucho más compleja. Una de las razones fundamentales es que las conexiones cerebrales también dependen de la experiencia: la interacción con el entorno genera patrones de actividad neuronal que, a su vez, determinan qué conexiones se forman y cuáles se refuerzan. Sin esa interacción con el mundo, no es posible recrear un cerebro funcional.

Esta es también una de las razones por las que resulta tan difícil imaginar una inteligencia artificial que emule realmente un cerebro humano. Aunque los sistemas de inteligencia artificial actuales pueden hacer muchas cosas, no lo hacen imitando el funcionamiento del cerebro, sino siguiendo patrones estadísticos.

Hablando de experiencias vitales. Usted nació en una isla muy pequeñita, en un entorno muy religioso y conservador. No había tampoco mucho más que hacer que leer libros.

¡Es cierto! Supongo que la clave es que has de tener la valentía de pensar diferente a los demás. Siempre tienes que escuchar a los demás, pero sin aceptar a ciegas lo que te dicen. Siempre hay que cuestionarlo. Leer me daba la oportunidad de coleccionar informaciones de campos distintos, y buscar lo inesperado o lo inexplicado. También me apasionaba en lo que leía. Una de las cosas que más me apasionaba entonces eran las matemáticas.

Y, sin embargo, estudió una carrera, psicología, que entonces no tenía nada en absoluto a que ver con las matemáticas. Aunque las cosas hayan cambiado un poco. 

De hecho, era una carrera que en mi época solían estudiar personas a las que no les gustaban las matemáticas. Pero es fascinante cómo ahora la situación es diferente. Y eso tiene a que ver con el desarrollo de la neurociencia, que ha pasado a ser una disciplina cualitativa, como un tiempo era la botánica, en las que registrabas patrones, a una mucho más cuantitativa. Ahora la cantidad de datos es mucho más grande, y para ver patrones significativos necesitas muchas herramientas matemáticas sofisticadas. Así como para construir modelos: son modelos sobre el funcionamiento del cerebro que son expresadas de manera cuantitativa. De manera que después puedes construir experimentos para validarlas. Las matemáticas ahora son una parte importante de esta disciplina. De hecho, un campo que está creciendo y es muy importante es el de la neurociencia teórica que dote las ciencias del cerebro de un sólido marco teórico. 

Hablando de cómo funciona el cerebro humano: ¿Cómo vive, como noruego y ganador de un premio Nobel, la entrega de Corina Machado de su medalla al presidente de EEUU?

Creo que siento lo que sentimos la mayoría de los noruegos: me parece algo patético, triste y embarazoso. En cierto modo siento lástima por Machado, que intenta ejercer la influencia que puede. Pero quien realmente actúa de manera irresponsable es Trump. No debería aceptar algo así. Está muy por debajo de cualquier estándar de decencia. Me parece profundamente triste. Usar la medalla del Nobel para impresionar a alguien, no es algo que yo haría. Y, para ser sincero, tampoco creo que sirva de mucho.

En Noruega, un país tradicionalmente neutral, y muy cerca del gigante ruso, ¿cómo se están viviendo los últimos cambios geopolíticos?

El sentimiento general, en Noruega —como quizás en toda Europa—, es de miedo. Creo que el mundo es hoy menos seguro de lo que ha sido en toda mi vida. Solo queda la esperanza de que alguien actúe con sensatez. En el caso de Estados Unidos, confío en que el Congreso acabe poniendo límites a lo que está ocurriendo. Pero la situación es inquietante y está rompiendo vínculos históricos entre Europa, y especialmente Noruega, y Estados Unidos. Todo parece desmoronarse de la noche a la mañana, lo cual es muy preocupante.