Rafael Yuste y el Brain Activity Map (Podcast)

ORIGINAL: Naukas

Luis Quevedo

18 marzo, 2013

En la sexta entrega de Ideómica hablamos con el reputado neurocientífico de la Columbia University, Rafael Yuste. Él es uno de las cinco mentes detrás del reciente anuncio por parte de Barak Obama del lanzamiento de un mega proyecto de investigación en neurociencia: el Brain Activity Map o Mapa de Actividad Cerebral.

*Si no te funciona el reproductor Flash, aquí tienes un link directo al podcast.

¿En qué consiste este proyecto que los expertos comparan en dimensión y ambición al Proyecto Genoma Humano? Rafael nos cuenta en detalle el qué, cómo y cuándo de esta nueva aventura neurocientífica.

Si acabas de llegar a ideómica, te recomiendo que le eches una ojeada al Porqué de este proyecto y, si te apetece, síguenos en Twitter y Facebook.

La próxima conversación en el podcast de las ideas será con el físico valenciano afincado en el MIT, Roberto Sanchís Ojeda. Con él hemos hablado de la búsqueda de planetas extrasolares con el telescopio Kepler, de la ciencia y la vida de un científico en España y Estados Unidos y mucho más.

Quiero recordarte que todo lo que hacemos, el podcast de Ideómica y el de La ciencia de los viernes: Probeta en Nueva York, lo hacemos por amor al arte. Al arte y a la ciencia, claro. Si te ha gustado, compártelo, tuitea, cuelga en facebook, lo que te apetezca. nuestra única ambición es que, tal vez, hayas pasado un buen rato escuchándolo y con mucha más suerte todavía, te hayas encontrado con alguna idea nueva por el camino.

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Europa y EEUU lanzan una colosal carrera para apoderarse de los secretos del cerebro

ORIGINAL: Es Materia

Javier Salas

07/03/2013 

Dos proyectos en competición se gastarán más de 3.000 millones de euros en la próxima década para entender, controlar y reproducir los mecanismos del cerebro humano. Ambas iniciativas están dirigidas por neurocientíficos españoles

Recreación de un entramado neuronal. / Wellcome Images

Esta es la década de la neurociencia, ya no cabe ninguna duda. Hasta hace unos meses se podía suponer, porque el conocimiento del cerebro se ha convertido en esa “última frontera” de la que se suele hablar a menudo en las noticias científicas. Pero de pronto, la materia gris se ha colocado a comienzos de 2013 en el eje principal de la política científica mundial. EEUU y la Unión Europea quieren poner su bandera en el primer mapa del cerebro, ser los primeros en desentrañar sus secretos, ganar el dinero y el prestigio de los grandes descubrimientos. La carrera está lanzada, durará más de una década y los dos competidores cuentan con carísimos bólidos: 2.300 millones de euros invertirá Washington y más de 1.000 se pondrán en Bruselas.

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“Ahora es el momento de alcanzar un nivel de investigación y desarrollo sin precedentes desde la carrera espacial”, dijo el presidente de EEUU, Barack Obama, el pasado 12 de febrero, nada menos que en su Discurso del Estado de la Unión. Se refería a realizar una inversión descomunal para descifrar las claves del cerebro que ayude a poner coto a enfermedades mentales. Inmediatamente después, Rafael Yuste, tuiteaba: “Obama menciona la necesidad de hacer un mapa del cerebro en su discurso!!”. Solo recibió ocho retuits, pero su trascendencia es fundamental. Yuste, neurocientífico madrileño, lidera este proyecto, denominado The Brain Activity Map (BAM), y que hoy describe junto a sus colegas en un artículo de la revista Science.

«¿Dónde estamos después de décadas de investigación y miles de científicos? Hemos avanzado muy poco, sabemos poquísimo»JAVIER DE FELIPE

Neurobiólogo del Instituto Cajal (CSIC)

“Es imparable”, asegura Yuste a Materia, “pero el tamaño del proyecto y su organización no está decidido todavía. Ya no depende de nosotros. El grupo de científicos que lo propusimos hemos pasado el testigo a la administración pública de la ciencia y a las fundaciones privadas para que lo dirijan”. Este neurocientífico, que lleva 16 años en la universidad neoyorquina de Columbia, cuenta que llevan algo más de un año lidiando con la Casa Blanca para que amparen el proyecto. Una especie de artículo fundacional en la revista Neuron dio el pistoletazo de salida a su proyecto, que se ha marcado metas de 15 años pero “durará más seguro”, augura Yuste, considerado uno de los cinco científicos a seguir en 2013 por Nature.

El equipo europeo lleva más de un año de ventaja al estadounidense en los preparativos. Pero, casualmente, ha recibido el cheque a la vez. El 21 de enero, Materia adelantaba que la Comisión Europea decidía respaldar el Human Brain Project (HBP), una iniciativa muy similar a la de Yuste: poner la viga maestra para alzar el edificio de la neurociencia del futuro. Al frente del proyecto está el controvertido Henry Markram, que ya lo intentó con el Blue Brain Project. Y el responsable de una de sus patas principales, la de la neurociencia molecular y celular, es el español Javier De Felipe, del Instituto Cajal (CSIC).

Yuste, en su laboratorio. / Universidad de Columbia

“La ventaja de este tipo de apuesta es que es de largo recorrido, eso asegura la consecución de éxitos”, asegura De Felipe al recordar que cuentan con 100 millones anuales durante una década. Tanto a un lado como al otro del Atlántico han surgido críticas por la financiación de plataformas tan colosales con cifras de inversión astronómicas. El neurobiólogo del Instituto Cajal las despacha asegurando que “vienen de quienes no están” y pone el acento en la importancia de que se haga “ciencia a lo grande” para avanzar en este campo. “Conocer el cerebro es esencial para la humanidad. Es el único órgano que desconocemos casi por completo y eso que es el que nos da nuestra esencia. Sin embargo, ¿dónde estamos después de décadas de investigación y miles de científicos? Hemos avanzado muy poco, sabemos poquísimo”, lamenta De Felipe.

Roma frente a la guerra de guerrillas

Entonces recurre a la metáfora bélica: “La guerra de guerrillas no funciona. Es mejor organizar un ejército sólido, legiones como las de Roma, para empezar a conquistar nuevos territorios”. Según explica, la importancia de esta iniciativa es la de hacer de catalizador de la investigación de cientos de científicos en toda Europa, y otros de fuera que se suman al HBP, incluso desde EEUU y Japón. “Somos miles estudiando el cerebro, hay que poner orden, crean estándares, compartir hallazgos, provocar sinergias. Solo por el trabajo que llevo compartiendo con mis colegas en el diseño de nuestra división habría merecido la pena”, explica.

“En estos tiempos de austeridad, hace falta galvanizar al público sobre la importancia de la ciencia”, dice Yuste

Los ejércitos que se enfrentarán en esta batalla para mapear, reproducir y controlar el cerebro contarán con legiones de científicos punteros de todas las áreas: matemáticos que sepan cómo expresar los descubrimientos, expertos en el análisis geométrico, estadísticos, genetistas, fisiólogos. Y los mejores ingenieros de computación: no es fácil abarcar las cantidades de información con las que trabajarán. El equipo americano mantuvo una reunión de trabajo (PDF) con responsablesde Google, Microsoft, DARPA, Amazon, Caltech y otras instituciones punteras para preguntarles, sencillamente, si era posible procesar la ingente suma de información que requiere leer un cerebro. La primera estimación es de tres petabytes anuales (tres millones de gigas), bastante menos que el LHC. Pero la necesidad de procesar información puede crecer exponencialmente.

Como explica Yuste, tendrán que usar máquinas que todavía no existen. Habrá que crear herramientas capaces de fotografiar simultáneamente la actividad de cada neurona, de la mayoría o incluso la totalidad de un cerebro. Será necesario diseñar mecanismos que permitan controlar la actividad de cada neurona, “porque examinar requiere intervenir”. Y, por último, se desarrollarán métodos para almacenar, administrar y compartir imágenes y datos fisiológicos a gran escala. Máquinas capaces de analizar todos esos datos y de recrear modelos de circuitos neuronales que les lleven a revelar, finalmente, los principios que rigen al cerebro.

De ratones y hombres… muertos

Una de las principales apuestas del grupo europeo es la de aprovechar el conocimiento del cerebro humano para proporcionar un salto espectacular en el desarrollo de la informática. “Si se pudiera entender cómo hace el cerebro para procesar tanta información en tanto tiempo con tan poco consumo de energía… Un humano tarda milisegundos en reconocer una cara y un ordenador no sabe cómo. Si revelamos el mecanismo, se podría conseguir que una máquina reconociera a toda la gente de un aeropuerto en un segundo”, aventura De Felipe.

El grupo de Yuste anuncia que empezarán por estudiar el cerebro de bichos, como moscas, gusanos y sanguijuelas; y de ahí pasarán a analizar ratas, ratones y pececillos. “En 15 años, seremos capaces de controlar un millón de neuronas, el equivalente al cerebro de un pez cebra”. ¿Y el cerebro humano? “En mucho más tiempo, pero en ese caso hay también cuestiones éticas que se tienen que dirimir antes”, justifica Yuste. Eso sí, en paralelo se harán modelos e investigaciones del cerebro humano, pero no se atacará la posibilidad de intervenir directamente. En Europa, solo se trabajará con ratones y hombres, señala De Felipe. “El cerebro de cada animal tiene características únicas y conviene centrarse: yo llevo mucho tiempo trabajando en cerebros post mórtem con buenísimos resultados”, asegura.

El investigador Javier De Felipe, en su despacho. / HBP

El objetivo más desinteresado de ambos proyectos, en el fondo, es el mismo: resolver los problemas mentales de las personas. Yuste asegura que es eso lo que motiva a la Casa Blanca: “Nuestro trabajo con ellos ha sido una experiencia increíble, completamente limpia y sin intereses ni agendas ocultas. Solo se pretende conseguir el progreso de la neurociencia para ayudar a la humanidad. Un ejemplo a seguir en todos los países”, recalca. Ambos neurocientíficos sueñan con los males que se podrían curar si se supiera qué falla en el cerebro de los enfermos de alzhéimer, esquizofrenia, autismo, depresión…

Pero también está el dinero. Todos ponen como ejemplo el retorno que generó la inversión del Proyecto Genoma Humano: se gastaron 3.000 millones de euros y según Yuste se han obtenido unos 800.000 millones de vuelta, entre patentes, curas, tecnologías, etc. Obama se limitó a decir que se recibieron 140 dólares por cada dólar invertido. Al margen de la exactitud del cálculo, lo cierto es que los recursos que proporcionarán estas dos plataformas se multiplicarán casi desde el primer día. Más aún si se logra curar las enfermedades mentales de los humanos.

Se espera un retorno similar al que dicen que tuvo el Proyecto Genoma: unos 140 dólares por cada uno invertido

“Precisamente ahora, en estos tiempos de austeridad, hace falta galvanizar al público sobre la importancia de la ciencia, y la neurociencia en concreto, para el futuro de la humanidad. Y la necesidad de apoyar proyectos que puedan suponer un cambio de rumbo con repercusiones económicas”, defiende Yuste, que niega que se trate de una carrera entre EEUU y Europa. ”Solo son proyectos independientes. Les deseo lo mejor a mis colegas del proyecto europeo… yo también soy europeo”, recuerda.

De Felipe, en cambio, habla espontáneamente de carrera, un concepto que le parece beneficioso para la consecución de los objetivos. “Es una carrera que ya está lanzada y eso es muy bueno, porque nos obligará a dar lo mejor. En menos de un año, estaremos sujetos a una crítica feroz, mirarán con lupa cada cosa que publiquemos para ver si estamos fallando”, aventura. Lo más peculiar es que De Felipe y Yuste llevan más de una docena de años trabajando juntos, cuando el de Columbia regresa a España cada verano: la competencia no será tan feroz como entre legiones romanas. Aunque a pesar de tratarse de la apuesta científica de la década, les surgen pequeños enemigos: “En medio de la cobertura de prensa del BAM, tenemos una fuga de agua en el techo del laboratorio, para devolvernos a la Tierra”, tuiteó Yuste esta mañana. Solo tiene 270 seguidores.

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'The Brain Activity Map' DOI: 10.1126/science.1236939

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A Near-Whole Brain Activity Map in Fish

ORIGINAL: MIT Review

Susan Young

March 18, 2013

Neuron-level whole-brain activity maps could one day help explain brain function and disfunction.

Image: Neurons glow red as they fire in this whole zebrafish larva brain. Credit: Misha Ahrens and Philipp Keller

Researchers have for the first time been able to image most of an entire vertebrate brain at the level of single cells, reports Nature.

A study from the Howard Hughes Medical Institute’s Janelia Farm Research Campus, published in Nature Methods, shows that modifications to existing microscopy techniques enable researchers to take snap shots of neuron-by-neuron activity in the whole brain of a living zebrafish larvae. The zebrafish larvae, whose bodies are transparent and brains are tiny, were genetically engineered to produce a protein in their neurons that glows in response to the chemical changes that occur when that neuron fires.

With conventional techniques, capturing the activity of even 2,000 neurons at once is difficult. With the modified fish and microscopy methods, the researchers were able to capture the activity of at least 80 percent of the baby fish’s 100,000 neurons over a time period of just 1.3 seconds. 

The result is an encouraging announcement for proponents of the Brain Activity Map project, a still-developing scientific collaboration to establish new technologies that can record the activity of all individual neurons in a brain circuit simultaneously (see “The Brain Activity Map”). According to Nature News, Rafael Yuste, a neurobiologist at Columbia University in New York and leader of the Brain Activity Map project, thinks the zebrafish results are “phenomenal.”

“It is a bright star now in the literature, suggesting that it is not crazy to map every neuron in the brain of an animal,” [says Yuste].

Obama Seeking to Boost Study of Human Brain

ORIGINAL: NYTimes

By JOHN MARKOFF

Published: February 17, 2013

The Obama administration is planning a decade-long scientific effort to examine the workings of the human brain and build a comprehensive map of its activity, seeking to do for the brain what the Human Genome Project did for genetics.

Francis S. Collins, the director of the National Institutes of Health, one of the federal agencies involved in the project. Danny Moloshok/Reuters. 

George M. Church, a molecular biologist at Harvard, said he was helping to plan the project, the Brain Activity Map. Jessica Rinaldi/Reuters.

The project, which the administration has been looking to unveil as early as March, will include federal agencies, private foundations and teams of neuroscientists and nanoscientists in a concerted effort to advance the knowledge of the brain’s billions of neurons and gain greater insights into perception, actions and, ultimately, consciousness.

Scientists with the highest hopes for the project also see it as a way to develop the technology essential to understanding diseases like Alzheimer’s and Parkinson’s, as well as to find new therapies for a variety of mental illnesses.

Moreover, the project holds the potential of paving the way for advances in artificial intelligence.

The project, which could ultimately cost billions of dollars, is expected to be part of the president’s budget proposal next month. And, four scientists and representatives of research institutions said they had participated in planning for what is being called the Brain Activity Map project.

The details are not final, and it is not clear how much federal money would be proposed or approved for the project in a time of fiscal constraint or how far the research would be able to get without significant federal financing.

In his State of the Union address, President Obama cited brain research as an example of how the government should “invest in the best ideas.”

“Every dollar we invested to map the human genome returned $140 to our economy — every dollar,” he said. “Today our scientists are mapping the human brain to unlock the answers to Alzheimer’s. They’re developing drugs to regenerate damaged organs, devising new materials to make batteries 10 times more powerful. Now is not the time to gut these job-creating investments in science and innovation.”

Story C. Landis, the director of the National Institute of Neurological Disorders and Stroke, said that when she heard Mr. Obama’s speech, she thought he was referring to an existing National Institutes of Health project to map the static human brain. “But he wasn’t,” she said. “He was referring to a new project to map the active human brain that the N.I.H. hopes to fund next year.”

Indeed, after the speech, Francis S. Collins, the director of the National Institutes of Health, may have inadvertently confirmed the plan when he wrote in a Twitter message: “Obama mentions the #NIH Brain Activity Map in #SOTU.”

A spokesman for the White House Office of Science and Technology Policy declined to comment about the project.

The initiative, if successful, could provide a lift for the economy. “The Human Genome Project was on the order of about $300 million a year for a decade,” said George M. Church, a Harvard University molecular biologist who helped create that project and said he was helping to plan the Brain Activity Map project. “If you look at the total spending in neuroscience and nanoscience that might be relative to this today, we are already spending more than that. We probably won’t spend less money, but we will probably get a lot more bang for the buck.”

Scientists involved in the planning said they hoped that federal financing for the project would be more than $300 million a year, which if approved by Congress would amount to at least $3 billion over the 10 years.