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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Scientists to simulate human brain inside a supercomputer

ORIGINAL: CNN

By Barry Neild, CNN 

October 12, 2012 -- Updated 1313 GMT (2113 HKT) | 

Researchers say building a computer simulation could improve understanding and treatments of brain diseases like Alzheimer's. 

STORY HIGHLIGHTS 

• Human Brain Project will use supercomputers to mimic tangle of neurons and synapses that power our thoughts 
• Scientists say the simulator could offer new insight into the treatment of brain disease like Parkinson's and Alzheimer's 
• "Brain in a box" is unlikely to transform into sci-fi-style computer bent on world domination, scientists say 

(CNN) -- There's no escaping the fact that the Human Brain Project, with its billion-dollar plan to recreate the human mind inside a supercomputer, sounds like a science fiction nightmare. 

But those involved hope their ambitious goal of simulating the tangle of neurons and synapses that power our thought processes could offer solutions to tackling conditions such as depression, Parkinson's disease and Alzheimer's. 

The Human Brain venture is the next step in a long-running program that has already succeeded in using computers to create a virtual replica of part of a rat's neocortex -- a section of the brain believed to control higher functions such as conscious thought, movement and reasoning. 

Scientists at its forerunner, the Switzerland-based Blue Brain Project, have been working since 2005 to feed a computer with vast quantities of data and algorithms produced from studying tiny slivers of rodent gray matter. 

"This is a tool for research, not a giant simulated brain that is going to rule the world

Sean Hill, neuroscientist 

Last month they announced a significant advancement when they were able to use their simulator to accurately predict the location of synapses in the neocortex, effectively mapping out the complex electrical brain circuitry through which thoughts travel. 

Henry Markram, the South African-born neuroscientist who heads the project, said the breakthrough would have taken "decades, if not centuries" to chart using a real neocortex. He said it was proof their concept, dubbed "brain in a box" by Nature magazine, would work. 

Read: Mapping out a new era in brain research

Now the team are joining forces with other scientists to create the Human Brain Project. As its name suggests, they aim to scale up their model to recreate an entire human brain. 

It is a step that will need both a huge increase in funding and access to computers so advanced that they have yet to be built. 

If their current bid for €1 billion ($1.3 billion) of European Commission funding over the next 10 years is successful, Markram predicts that his computer neuroscientists are a decade away from producing a synthetic mind that could, in theory, talk and interact in the same way humans do. 

His bold claims have inevitably fueled comparisons to doom-laden popular fiction in which conscious machines turn on their creators and wreak havoc. 

The project's scientists have been referred to as "team Frankenstein" and their computer likened to "Skynet," the virtual intelligence that unleashes a robot war on humanity in the "Terminator" films. 

Sean Hill, a senior computational neuroscientist on the project, laughs at such comparisons. 

He says the computer will primarily become a repository for knowledge about the brain that will allow scientists to conduct experiments without the need to probe inside people's skulls. 

Read: $1 billion mission to reach the Earth's mantle

"This is a tool for research, not a giant simulated brain that is going to rule the world," he said. 

"Right now, we're in a crisis in neuroscience. There's a lot of wonderful data being gathered but we don't have a place where we can put those experimental results together and understand their implications. 

"We are just beginning to appreciate how complex our brains are, far beyond any other device in the known universe

Terry Sejnowski, Salk Institute for Biological Studies 

"The benefit of having this facility is you have a place to integrate the data into a model where you can test predictions and start to learn principles of how the brain operates." 

The computing power needed to build the model is phenomenal. Simply to replicate one of the 10,000 neuron brain cells involved in the rat experiment took the processing capacity usually found in a single laptop. To simulate a fully functioning human brain, it would take billions. 

Hill says that such computational power -- known as exascale -- will be available by the end of the decade. The Human Brain Project's scientists are hoping to work with supercomputer developers to ensure future machines match their requirements. 

But, even as the team touts its experiments as a possible solution to the brain diseases that affect about two billion people worldwide, they have attracted critics who say their work is far too broad in scope to achieve usable results. 

Professor Terry Sejnowski, head of the Computational Neurobiology Laboratory at the Salk Institute for Biological Studies in San Diego, has been quoted as saying the Blue Brain project is "bound to fail." 

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He told CNN via email that "progress is being made but there is still a long way to go before we will understand the computational capabilities of cortical circuits." 

He added: "We are just beginning to appreciate how complex our brains are, far beyond any other device in the known universe." 

Sean Hill said the team hoped it was answering skeptics with its achievements so far. 

"It's just a matter of keeping on doing it. Let's keep improving these tools and open them up so that many scientists are engaged and collaborating and using it as common point to bring the data together," he said. 

"The only way to address the critics is to keep working, showing the positive results and do the best we can -- and that is starting to happen."