LOS PRÓXIMOS 50 AÑOS DE NEUROCIENCIA
Este material es un resumen del artículo del mismo nombre publicado en el Journal of Neuroscience el 2 de enero de 2020, con motivo del 50° aniversario de la Society for Neuroscience (SfN). Sus autores integran el Comité Asesor de Trainee de la Sociedad de Neurociencia 2019.
Este material tiene un exclusivo propósito de divulgación por su trascendencia para entender los últimos avances neurocientíficos en los últimos 50 años y las predicciones de este grupo de futuros neurocientíficos para los siguientes 50 años.
Nuestra labor es la de presentar lo que a nuestro entender son las partes más relevantes a fin de que nuestros lectores en América Latina puedan tener una comprensión cabal del pasado y futuro reciente de las Neurociencias.
El link del material original es: https://www.jneurosci.org/content/40/1/101#DC1.
Resumen
En el 50 aniversario de la Society for Neuroscience, reflexionamos sobre el notable progreso que el campo ha logrado en la comprensión del sistema nervioso y avizoramos las contribuciones de los próximos 50 años. Predecimos una aceleración sustancial de nuestra comprensión del sistema nervioso que impulsará el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas para tratar enfermedades en el transcurso de las próximas cinco décadas. También vemos a la neurociencia en el nexo de muchos temas sociales más allá de la medicina, incluida la educación, el consumismo y el sistema judicial. En combinación, los avances realizados por la investigación en neurociencia básica, traslacional y clínica en los próximos 50 años tienen un gran potencial para mejoras duraderas en la salud humana, la economía y la sociedad.
Introducción
En 1969, el Comité de las Academias Nacionales de Ciencias del Cerebro de los Estados Unidos acordó que se necesitaba una organización central para “1) avanzar en la comprensión de los sistemas nerviosos y su papel en la conducta; 2) promover la educación en neurociencias; y 3) informar al público en general sobre los resultados y las implicaciones de la investigación actual ”.
Por lo tanto, la Society for Neuroscience (SfN) se fundó con el objetivo de servir como esa organización central al reunir a neurocientíficos de todas las disciplinas. En el transcurso de los últimos 50 años, los miembros de la Sociedad han sido fundamentales para impulsar el increíble crecimiento y los rápidos avances tecnológicos que han acelerado nuestra comprensión de la función del sistema nervioso tanto sano como patológico.
Como miembros del Comité Asesor de Aprendices de SfN, muchos de nosotros nos unimos al campo en la última década y reconocemos que es la visión y el impulso de nuestra cohorte lo que hará avanzar el campo durante los próximos 50 años. Nuestro Comité representa la vastedad de la investigación en neurociencia, con miembros que abarcan amplios intereses científicos, que van desde el desarrollo neurológico hasta los correlatos neuronales del comportamiento, y provienen de países de todo el mundo.
Como grupo diverso de líderes dentro de la Sociedad, pensamos profundamente en la próxima generación de neurocientíficos y en cómo será su mundo científico porque también es cómo será nuestro mundo. Esperamos que esta visión estimule el entusiasmo entre los profesionales y aumente la comprensión pública del notable potencial que tiene la investigación en neurociencia para mejorar la salud humana y la sociedad.
Neurociencia celular y molecular
Los últimos 50 años produjeron avances monumentales en nuestra comprensión de los procesos celulares y moleculares que dictan todos nuestros pensamientos, deseos y acciones.
Para cuando SfN celebre su centenario, anticipamos cambios aún mayores en la metodología y el consenso conceptual que impulsarán el campo hacia la respuesta a las siguientes preguntas: ¿Cómo funcionan juntos los miles de millones de componentes individuales del cerebro para generar comportamiento? ¿Cómo provocan enfermedades los cambios en el cerebro? ¿Qué hace que el cerebro humano sea único?
Dos logros notables para responder a estas preguntas serán la finalización del conectoma y un atlas celular completo del cerebro de los mamíferos.
La investigación durante los próximos 50 años mejorará nuestra comprensión de la maduración de la sinapsis y las formas en que esta estructura de importancia crítica está regulada por vías de señalización complejas, mecanismos de plasticidad y elementos no neuronales, como los astrocitos, la microglía y la estructura extracelular.
Desarrollo
Sobre la base de los avances en la neurociencia celular y molecular, el campo de la neurociencia del desarrollo podrá describir cómo los factores internos y externos cambian la trayectoria de las neuronas individuales, los circuitos y el cerebro para alterar el riesgo y el comportamiento de la enfermedad.
El neurodesarrollo abarca el estudio intracelular a través del análisis de todo el sistema para permitir una comprensión de cómo las neuronas individuales adquieren una función específica dentro del sistema nervioso, y cómo se desarrolla el cerebro durante décadas.
En particular, la caracterización transcripcional de las neuronas será fundamental para proporcionar una base mediante la cual los investigadores puedan estudiar cómo se determinan el destino celular, las rutas migratorias y la conectividad en tipos de células únicos.
Los últimos 50 años de investigación en neurociencia han sido sede de un debate de décadas sobre la existencia de la neurogénesis adulta. En el transcurso de las próximas cinco décadas, esperamos que las nuevas tecnologías logren avances en este campo.
Desde su introducción en 2013, los organoides cerebrales (tejidos sintéticos en miniatura) han presentado a los neurocientíficos un sistema modelo que puede usarse para estudiar una gran variedad de procesos, incluido el desarrollo y el envejecimiento del cerebro. En combinación con las imágenes de células vivas, los organoides cerebrales acelerarán enormemente el progreso en la comprensión de los patrones de señalización complejos que impulsan el destino celular, la migración neuronal y la extensión de neuritas.
Los experimentos con organoides cerebrales que utilizan estrategias virales para medir y manipular la actividad neuronal también serán fundamentales para dilucidar el papel que juega la plasticidad dependiente de la experiencia en la formación y mantenimiento de circuitos neuronales. Junto con el desarrollo de métodos más accesibles para manipular la estructura celular in vivo, estos avances permitirán a los neurocientíficos comprender mejor los mecanismos subyacentes a la formación de sinapsis y vincular la plasticidad estructural con la plasticidad y el comportamiento sinápticos.
En última instancia, los organoides cerebrales se convertirán en un modelo estándar para detectar productos farmacéuticos y probar la eficacia de las técnicas de edición de genes como terapias para enfermedades neurológicas. Además, esta tecnología puede que algún día proporcione los medios para corregir el daño resultante de una lesión o enfermedad utilizando tejido cerebral de reemplazo derivado de sí mismo.
De los sistemas a los comportamientos
Históricamente, los neurocientíficos han adoptado un enfoque reduccionista para comprender la función cerebral. Nuestra moderna comprensión del cerebro ha evolucionado durante el siglo pasado, desde las 47 regiones cerebrales limitadas conocidas en 1909, hasta nuestro mapa actual del cerebro humano con 98 regiones sólo en la corteza.
Dado que varios sistemas cerebrales se comprenden bien individualmente y se han desarrollado técnicas con mayor resolución temporal y espacial para monitorear y manipular la actividad neuronal, ahora estamos mejor posicionados para comenzar a descifrar cómo los grupos de neuronas y regiones distantes trabajan juntos para impulsar el comportamiento.
Durante los próximos 50 años, estas técnicas proporcionarán la base para avances monumentales en nuestra comprensión de cómo los conjuntos neuronales guían el comportamiento, y quizás incluso la conciencia. La conciencia, en particular, es un objetivo importante de la investigación en profundidad, ya que la experiencia misma de la conciencia en nosotros mismos y en el mundo que nos rodea probablemente impulsa el funcionamiento cognitivo (p. ej., planificación de acciones o toma de decisiones) y puede estar modulada por enfermedades y condiciones que afectan el cerebro.
Durante los próximos 50 años, los enfoques utilizados en la neurociencia del comportamiento se asemejarán más a los métodos sofisticados que se utilizan para diseccionar funcionalmente los circuitos neuronales.
Más aún, nuestra capacidad para rastrear el comportamiento de manera continua y confiable en entornos sociales abrirá la puerta al desarrollo de nuevos modelos animales de enfermedades neuropsiquiátricas, como la ansiedad y la depresión, para las cuales los modelos actuales son demasiado simplistas.
Finalmente, a través de la combinación de tecnologías para registrar e interactuar con circuitos neuronales en tiempo real, además de incorporar metodologías no sesgadas para caracterizar el comportamiento y la actividad neuronal, veremos una transformación en las tecnologías de interfaz neuronal que involucran directamente al sistema nervioso. Actualmente, esta tecnología está experimentando un rápido avance con interfaces cerebro-computadora que permiten con éxito (p.e) el control de las prótesis y la percepción de imágenes visuales rudimentarias en los ciegos.
A medida que avanzan estas tecnologías, existe la esperanza de que estas interfaces neuronales avancen para permitir una aplicación más amplia para las prótesis, la inclusión de retroalimentación sensorial y quizás la mejora de la memoria en personas que experimentan deterioro cognitivo.
Enfermedad
Durante los últimos 50 años, los descubrimientos científicos han mejorado nuestra comprensión de cómo determinadas enfermedades alteran el funcionamiento del sistema nervioso. Hoy en día, los legisladores y la sociedad dependen en gran medida de los neurocientíficos para que les informen sobre el papel del cerebro en estas afecciones y los avances en la detección, el pronóstico y el tratamiento de los pacientes afectados por trastornos neurológicos y neuropsiquiátricos.
Teniendo esto en cuenta, dentro de 50 años, predecimos que celebraremos una era de “neuroterapias”. El comienzo de esta era ya está sobre nosotros, ya que una cantidad impresionante de terapias basadas en neurología han obtenido recientemente la aprobación de la FDA: algunos ejemplos son la esketamina para el trastorno depresivo mayor, la brexanolona para la depresión posparto y el siponimod para la esclerosis múltiple.
Más allá del desarrollo terapéutico, también aplicaremos la comprensión biológica y mecanicista al diagnóstico de afecciones neurológicas y psiquiátricas. Específicamente, pasaremos de un enfoque basado en síntomas a uno que también considere los agentes etiológicos y las complejidades moleculares. Los avances tecnológicos, como los rastreadores de actividad y la inteligencia artificial, tendrán un impacto profundo en cómo entendemos la función normal y anormal y tratamos los trastornos neurológicos.
Junto a la inversión de tiempo, recursos y esfuerzo en la búsqueda de curas para las enfermedades cerebrales, será imperativo fomentar la investigación sobre los mecanismos preventivos. La alta prevalencia de enfermedades neurológicas en todo el mundo es socialmente exigente y económicamente costosa. Por lo tanto, definir los mecanismos esenciales mediante los cuales las intervenciones manejables en el estilo de vida (ejercicio físico, dieta, entrenamiento cognitivo y participación en actividades sociales, culturales y educativas), podrían modificar potencialmente el riesgo de enfermedad debería ser una prioridad de investigación duradera durante los próximos 50 años.
En total, vemos los avances en la neurociencia celular, del desarrollo y de los sistemas que culminan en mejoras dramáticas para las enfermedades del sistema nervioso a través de una mejor comprensión de sus mecanismos subyacentes, la identificación de nuevos puntos finales de diagnóstico para detectarlas antes de la aparición de los síntomas y, en última instancia, nuevos métodos para tratamiento y prevención.
Un futuro inclusivo
Está claro que los próximos 50 años estarán marcados no solo por una comprensión más integral del sistema que nos permite interactuar con el mundo que nos rodea, sino también por cambios fundamentales en la forma en que se realiza la investigación en neurociencias y los mismos temas que se estudian. . Entre estos cambios, los neurocientíficos deben reconocer la importancia de la diversidad. De cara al futuro, debemos priorizar una mayor diversidad tanto en nuestros investigadores como en nuestros sujetos de investigación.
Neurociencia en la sociedad
Los impactos de la investigación en neurociencia se extienden mucho más allá de la clínica hasta el aula, la sala de audiencias e incluso la tienda de comestibles. De hecho, las neurotecnologías ya se están trasladando a nuestros hogares y prometen impulsar las capacidades cognitivas.
La neuroeducación, un campo que combina los hallazgos de la investigación en neurociencia cognitiva y del desarrollo con estrategias educativas, ha contribuido en gran medida a nuestra comprensión de cómo aprenden los estudiantes con dislexia, trastorno por déficit de atención con hiperactividad y otros trastornos.
La evidencia reciente también muestra que entrelazar la educación en artes y ciencias permite a los estudiantes encontrar enfoques más creativos e innovadores para resolver problemas. A pesar de este progreso, la psicología cognitiva y la neurociencia no se implementan ampliamente en las prácticas educativas estándar de los docentes tanto en educación primaria como superior.
La aplicación adicional de la neurociencia y el desarrollo de la investigación en este espacio están comenzando a cambiar cuando se enseñan conceptos matemáticos y cambian fundamentalmente la forma en que programamos los días escolares para alinearlos con los ritmos circadianos. En el transcurso de los próximos 50 años, esperamos ver una aplicación más amplia de las estrategias neuroeducativas en todas las edades y entornos educativos.
La neurociencia se está volviendo cada vez más común en la sala de audiencias, ya que se utiliza para explicar el comportamiento delictivo. Su uso aumentará durante los próximos 50 años a medida que los investigadores conozcan mejor los mecanismos neurobiológicos que subyacen a la toma de decisiones. Además, a medida que las herramientas de diagnóstico, en particular los métodos de neuroimagen humana, se vuelvan más avanzados y brinden a los investigadores una mayor comprensión de la función cerebral, estas estrategias se utilizarán para determinar la culpabilidad de un individuo e incluso la probabilidad de reincidencia.
Aunque puede que no sea evidente en nuestra vida cotidiana, las empresas de todo el mundo están utilizando los resultados de la investigación en neurociencia para informar sus prácticas comerciales, desde la estructura de la oficina hasta la colocación de productos y las estrategias de marketing. Esto probablemente aumentará en el transcurso de las próximas cinco décadas a medida que madure nuestra comprensión de la neurobiología de la cognición y la atención.
En particular, la neurotecnología portátil tiene el potencial de desempeñar un papel destacado a la hora de proporcionar comentarios instantáneos al consumidor, lo que permite estrategias de marketing personalizadas que se actualizan en tiempo real. Sin embargo, las empresas deben tener precaución y seguir principios éticos al desarrollar nuevas estrategias para generar ganancias basadas en conocimientos y técnicas neurobiológicas.
En conclusión, la neurociencia es un campo muy amplio. Con aproximadamente 86 mil millones de neuronas en el cerebro humano adulto y aproximadamente la misma cantidad de células no neuronales, no es sorprendente que el estudio de este órgano sea complejo. Además, el sistema nervioso se extiende mucho más allá del cráneo con neuronas que se proyectan a los confines más lejanos del cuerpo recolectando información y respondiendo al medio ambiente. El progreso que sigue este campo refuerza su enorme potencial.
Los enfoques interdisciplinarios, con equipos de matemáticos, ingenieros, informáticos, biólogos y químicos, son clave para el avance continuo de la neurociencia. Actualmente, la neurociencia se financia en muchos países a través de numerosas agencias; sin embargo, están surgiendo iniciativas nacionales e internacionales recientes que facilitan la neurociencia interdisciplinaria a gran escala.
La vitalidad de SfN, cuya reunión anual ha crecido de 1395 a> 30.000 asistentes por año, destaca su inmenso valor como espacio central para el diálogo y la colaboración científica. La expansión de estos esfuerzos coordinados centralmente para acelerar la investigación del cerebro, así como una comunidad sólida de científicos, será fundamental para elevar la calidad y la capacidad de la investigación en neurociencia a medida que continúa explorando lo desconocido.
Autores: Cara M. Altimus , Bianca Jones Marlin , Naomi Ekavi Charalambakis , Alexandra Colón-Rodríguez , Elizabeth J. Glover , Patricia Izbicki , Anthony Johnson , Mychael V. Lourenco , Ryan A. Makinson , Joseph McQuail , Ignacio Obeso , Nancy Padilla-Coreano y Michael F. Wells.
Los proximos 50 años de neurociencia
