El Futuro Brillante de la Neurociencia

En el 50º aniversario de la Sociedad para la Neurociencia (SfN), miramos hacia atrás al progreso extraordinario que el campo ha logrado en la comprensión del sistema nervioso. Este hito nos invita no solo a reflexionar sobre los avances pasados, sino también a anticipar las contribuciones que los próximos 50 años traerán. La predicción es clara: una aceleración sustancial en nuestra comprensión del sistema nervioso que impulsará el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas para tratar enfermedades a lo largo de las próximas cinco décadas. Pero el impacto de la neurociencia va más allá de la medicina, situándose en la intersección de muchos temas sociales cruciales, incluyendo la educación, el consumo y el sistema judicial. En conjunto, los avances en la investigación neurocientífica 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.

La SfN fue fundada en 1969 con la misión de ser una organización central para avanzar en la comprensión de los sistemas nerviosos y su papel en el comportamiento, promover la educación en neurociencias e informar al público general sobre los resultados e implicaciones de la investigación actual. Durante 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 en estado saludable como patológico.

Como miembros del Comité Asesor de Becarios de la 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. Este artículo representa no solo nuestra visión de dónde estará el campo, sino también un reflejo de los logros de investigación que nos han impulsado científicamente y lo que más nos entusiasma ver desarrollarse en el futuro. Nuestra esperanza es que esta visión estimule el entusiasmo entre los profesionales del campo y aumente la comprensión pública del notable potencial que tiene la investigación neurocientífica para mejorar la salud humana y la sociedad.

Avances Celulares y Moleculares: Desentrañando los Fundamentos

Los últimos 50 años han generado avances monumentales en nuestra comprensión de los procesos celulares y moleculares que dictan cada pensamiento, deseo y acción. Este progreso fue impulsado, en parte, por innovaciones técnicas como la electrofisiología de patch-clamp, la PCR y la secuenciación genómica, que brindaron a los neurocientíficos oportunidades experimentales impensables en la década de 1960. Para cuando la SfN celebre su 100º aniversario, anticipamos cambios aún mayores en metodología y consenso conceptual que impulsarán al campo a responder preguntas como: ¿Cómo trabajan juntos los miles de millones de componentes individuales del cerebro para generar comportamiento? ¿Cómo conducen los cambios en el cerebro a enfermedades? ¿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 mamíferos. La ejecución de estas tareas colosales es impulsada en parte por la financiación de iniciativas como la BRAIN Initiative del NIH en Estados Unidos, el Human Brain Project financiado por la Unión Europea y el proyecto Brain/MINDS en Japón. Entre las nuevas tecnologías se encuentran los avances continuos en transcriptómica/proteómica de célula única, que desempeñarán un papel fundamental en la revelación de la inmensa diversidad de tipos celulares en cerebros de una amplia gama de especies. En combinación con el desarrollo de enfoques electrofisiológicos ópticos automatizados de alto rendimiento e innovadores, los neurocientíficos comenzarán a comprender cómo las poblaciones celulares discretas son fisiológica y filogenéticamente distintas.

Al hacerlo, determinaremos no solo los roles de tipos celulares específicos en el cerebro sano y enfermo, sino también los mecanismos celulares que separan a los humanos de otras especies de mamíferos. Los datos obtenidos se utilizarán en conjunto con enfoques recientemente desarrollados, como la optogenética y la quimiogenética, así como nuevos métodos para visualizar indicadores de calcio codificados genéticamente, para revolucionar las formas en que sondeamos, perturbamos y definimos poblaciones celulares distintas. La composición molecular de una célula es vasta y diversa, pero la capacidad de los neurocientíficos para resolver alteraciones inducidas por enfermedades en la composición molecular es actualmente laboriosa e imprecisa.

En los próximos 50 años, los avances en microscopía serán ampliamente accesibles y permitirán a los investigadores visualizar la maquinaria subcelular con una resolución sin precedentes, catapultando nuestra comprensión de la interacción entre los cambios a nivel transcripcional, molecular y estructural. El desarrollo de nuevas herramientas que faciliten la medición y manipulación in vivo de puntos finales epigenéticos y moleculares revolucionará nuestra capacidad para conciliar la influencia de los cambios en el epigenoma, genoma, transcriptoma y proteoma con el comportamiento. Los hallazgos in vivo se complementarán con estudios realizados en organoides cerebrales derivados de células madre, que sirven como modelo del cerebro humano en desarrollo, y cuando se combinen con herramientas moleculares y de imagen novedosas, comenzarán a descifrar los roles de tipos celulares y procesos específicos en las primeras etapas del neurodesarrollo humano.

La investigación en los próximos 50 años profundizará nuestra comprensión de la maduración de la sinapsis y las formas en que esta estructura críticamente importante es regulada por vías de señalización complejas, mecanismos de plasticidad y elementos no neuronales, como astrocitos, microglía y la matriz extracelular. Aunque inicialmente estos avances adoptarán un enfoque reduccionista, servirán como base sobre la cual los neurocientíficos de circuitos y sistemas podrán construir para obtener una comprensión más completa del cerebro a lo largo del desarrollo, el entorno y el trasfondo genético. La aplicación de muchas de estas herramientas en humanos dependerá de estrategias novedosas de focalización celular que facilitarán que el ARN modificado, los vectores virales o los pequeños compuestos se dirijan a los tipos celulares de elección, lo que resultará en manipulaciones de circuitos más precisas y la entrega de terapias génicas y farmacéuticas. Estos avances, combinados con biomarcadores refinados de la salud cerebral, tienen el potencial de mejorar enormemente nuestra comprensión de las enfermedades cerebrales y abrir nuevas vías de intervención terapéutica.

De Sistemas a Comportamientos: El Cerebro en Acción

Históricamente, los neurocientíficos han adoptado un enfoque reduccionista para comprender la función cerebral. Nuestra comprensión moderna del cerebro ha evolucionado a lo largo del último siglo, desde las 47 regiones cerebrales limitadas conocidas en 1909, hasta nuestro mapa actual del cerebro humano con 98 regiones solo en la corteza. Inicialmente, los neurocientíficos dependían de lesiones o manipulaciones farmacológicas en animales para determinar el papel de una región cerebral determinada. Sin embargo, en las últimas dos décadas, las nuevas herramientas genéticas han aumentado nuestra capacidad para manipular circuitos en modelos animales con mayor precisión.

Estos estudios han mejorado nuestra comprensión de los circuitos subyacentes al procesamiento sensorial, el control motor y la memoria. Sin embargo, aún quedan preguntas, ya que gran parte del trabajo hasta la fecha se ha centrado en examinar estos circuitos de forma aislada, lo que ha limitado el progreso en la comprensión de cómo múltiples regiones o circuitos interactúan para producir un resultado conductual. Por ejemplo, ¿cómo interactúan los circuitos para el control motor, el procesamiento sensorial y la toma de decisiones? ¿Cómo afectan las manipulaciones del procesamiento sensorial a los cálculos del movimiento motor planificado?

Dado que varios sistemas cerebrales se entienden bien individualmente y el campo ha desarrollado técnicas con mayor resolución temporal y espacial para monitorear y manipular la actividad neuronal, ahora estamos mejor posicionados para comenzar a descifrar cómo grupos de neuronas y regiones distantes trabajan juntos para impulsar el comportamiento. Para ello, el uso de registros de electrodos multisitio de alta densidad en todo el cerebro transformará el campo. Además, los entornos de realidad virtual, los análisis basados en modelos y los enfoques de inteligencia artificial se pueden combinar con estas nuevas técnicas de registro y manipulación para permitir a los investigadores estudiar cómo se integran múltiples entradas sensoriales y se transforman en un resultado conductual (por ejemplo, acción, pensamiento, decisión).

Los peces cebra y Caenorhabditis elegans también serán fundamentales para estudiar cómo operan múltiples circuitos neuronales funcionales en tándem, ya que estos animales ofrecen a los investigadores la oportunidad de obtener imágenes de la actividad de todo el sistema nervioso a la vez en conjunto con el monitoreo del comportamiento. A medida que los neurocientíficos muestren más neuronas con electrodos de alta densidad o métodos de imagen, será importante intentar comprender qué codifican todas las neuronas, no solo las que responden a la tarea o que apoyan las hipótesis específicas del estudio. Para este esfuerzo, los métodos estadísticos y computacionales, como el aprendizaje automático, se volverán esenciales y abrirán áreas completamente nuevas de neuroingeniería.

El desarrollo reciente de estrategias de edición genética mediadas por virus para medir y manipular ópticamente grupos seleccionados de neuronas in vivo ha sido una bendición para los neurocientíficos de sistemas. Estas nuevas tecnologías han puesto los experimentos basados en circuitos en el centro de atención y están dilucidando rápidamente las conexiones y el papel específico de poblaciones neuronales únicas. En 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 investigación en profundidad, ya que la propia experiencia de la conciencia en nosotros mismos y en el mundo que nos rodea probablemente impulse la función cognitiva (por ejemplo, planificación de acciones o toma de decisiones) y puede ser modulada por enfermedades y afecciones que afectan el cerebro.

Junto con los enfoques de neuroimagen humana funcional con resolución celular, que apenas comienzan a realizarse, los neurocientíficos cognitivos comenzarán a desentrañar la complejidad aún poco comprendida de regiones cerebrales distintas, como el cerebelo, la corteza prefrontal o el hipocampo, así como la forma en que la actividad en múltiples regiones trabaja en concierto. Por ejemplo, las imágenes de mayor resolución del cerebro humano permitirán descifrar una nueva comprensión de las funcionalidades de los circuitos, allanando el camino para intervenciones de modulación neuronal, como la estimulación magnética transcraneal y la neuromodulación por ultrasonido. Estas estrategias de intervención basadas en circuitos podrían usarse para tratar enfermedades neuropsiquiátricas manipulando un centro neuronal funcionalmente distinto.

A la luz de los increíbles avances, la neurociencia de sistemas se ha visto limitada por la forma en que se mide el comportamiento y se correlaciona con la actividad neuronal. La capacidad de los neurocientíficos para resolver circuitos funcionales distintos está limitada por la precisión con la que se define y mide el comportamiento, a menudo de forma manual o semiautomática por un observador humano, lo que resulta en puntos finales simplificados y detalles frecuentemente pasados por alto. Además, las mediciones conductuales son especialmente rudimentarias para los comportamientos sociales en animales.

En los próximos 50 años, los enfoques utilizados en la neurociencia conductual se parecerán más a los métodos sofisticados que se utilizan para diseccionar funcionalmente los circuitos neuronales. La tecnología de visión por computadora permitirá un análisis conductual completamente automatizado, de alto rendimiento e imparcial, impulsando exponencialmente el campo. Además, nuestra capacidad para rastrear el comportamiento de forma continua y fiable 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 excesivamente simplistas. De manera similar, los enfoques en humanos (por ejemplo, usando laboratorios en el hogar, experimentos en línea, neurofeedback) tienen el potencial de descubrir sintomatología previamente no identificada y/o índices conductuales de riesgo de enfermedad. Finalmente, al combinar tecnologías para registrar e interactuar con circuitos neuronales en tiempo real, así como incorporar metodologías imparciales para caracterizar el comportamiento y la actividad neuronal, veremos la transformación en las tecnologías de interfaces cerebro-computadora que interactúan directamente con el sistema nervioso. Esta tecnología está experimentando un rápido avance actualmente, con interfaces cerebro-computadora que permiten con éxito el control de prótesis y la percepción de imágenes visuales rudimentarias en personas ciegas. A medida que estas tecnologías avancen, existe la esperanza de que estas interfaces neuronales permitan una aplicación más amplia para prótesis, la inclusión de retroalimentación sensorial y quizás la mejora de la memoria en personas que experimentan deterioro cognitivo.

Neurociencia y Enfermedad: Hacia una Era de Neuroterapéuticas

En los últimos 50 años, los descubrimientos científicos han mejorado nuestra comprensión de cómo enfermedades específicas interrumpen la función del sistema nervioso. Afortunadamente, estamos dejando atrás una época en la que las personas afectadas por afecciones como el autismo, la depresión, la esquizofrenia y la demencia eran institucionalizadas, estigmatizadas y marginadas. Hoy en día, los responsables políticos y la sociedad dependen en gran medida de los neurocientíficos para informarse sobre el papel del cerebro en estas afecciones y los avances en la detección, el pronóstico y el tratamiento para los pacientes afectados por trastornos neurológicos y neuropsiquiátricos.

En los próximos 50 años, anticipamos que la investigación de enfermedades abordará las siguientes preguntas: ¿Qué cambios moleculares/celulares ocurren en el cerebro antes del inicio de los trastornos del sistema nervioso? ¿Cómo podemos aprovechar la comprensión biológica de una enfermedad para desarrollar terapias dirigidas para abordar la complejidad total y la naturaleza multifactorial de las enfermedades neurológicas? ¿Cómo podemos intervenir tempranamente para prevenir la manifestación y/o progresión de la enfermedad? Con esto en mente, dentro de 50 años, predecimos que estaremos celebrando una era de neuroterapéuticas. Los comienzos de esta era ya están sobre nosotros, ya que un número impresionante de terapias basadas en la neurociencia han obtenido recientemente la aprobación de la FDA: ejemplos son la esketamina para el trastorno depresivo mayor, la brexanolona para la depresión posparto y el siponimod para la esclerosis múltiple.

Sin embargo, hoy en día, los medicamentos destinados a tratar los trastornos del sistema nervioso tardan más y tienen menos probabilidades de obtener la aprobación de la FDA en comparación con otros medicamentos. De manera similar al gran progreso logrado en el tratamiento del cáncer en los últimos 30 años, un aumento en el número de terapias exitosas para el tratamiento de los trastornos del sistema nervioso será impulsado en gran medida por el apoyo público y político a la financiación dirigida a tales esfuerzos. La BRAIN Initiative ya ha desempeñado un papel fundamental en el desarrollo de tecnologías que probablemente tendrán un gran impacto en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades. Esta financiación, además de la financiación específica para enfermedades, como el Plan Nacional para Abordar el Alzheimer y la financiación federal asociada dedicada a la investigación del Alzheimer, así como las iniciativas de investigación sobre la demencia lideradas por el Reino Unido, tiene el potencial de conducir a una traslación más rápida y un descubrimiento compuesto para clases priorizadas de enfermedades neuronales.

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. Esta realineación se ejemplifica con el uso del genotipo para definir la atrofia muscular espinal, así como un nuevo criterio de investigación en el que las alteraciones moleculares en el cerebro se utilizan para clasificar las demencias, incluido el Alzheimer, incluso en ausencia de neuropatología clínica o post mortem. La mejora de la sensibilidad y la multiplexación de los análisis de sangre y otras pruebas mínimamente invasivas para detectar cambios en la función cerebral ayudará a extender este enfoque a enfermedades distintas de la atrofia muscular espinal y el Alzheimer.

Los avances tecnológicos, como los rastreadores de actividad y la inteligencia artificial, tendrán un profundo impacto en cómo entendemos la función normal y anormal y tratamos los trastornos neurológicos. La inteligencia artificial ya ha revelado combinaciones específicas de biomarcadores plasmáticos para mejorar el diagnóstico preciso del Alzheimer y se utilizará de manera similar en el futuro para analizar de manera más eficiente la eficacia de las farmacoterapias en biobancos más grandes, acelerando así el descubrimiento de nuevas terapias. Además, el desarrollo de nuevos trazadores compatibles con la imagen por tomografía por emisión de positrones promete ser un recurso diagnóstico y pronóstico valioso.

Junto con la inversión de tiempo, recursos y esfuerzo en encontrar curas para las enfermedades cerebrales, será imperativo fomentar la investigación sobre 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 por los cuales las intervenciones de estilo de vida manejables (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. Asimismo, la interrogación de factores de susceptibilidad genética y ambiental (por ejemplo, polimorfismos, exposición a toxinas) puede revelar pistas importantes para informar las políticas de salud y la práctica médica en el futuro. En total, vemos que los avances en la neurociencia celular, del desarrollo y de sistemas culminan en mejoras dramáticas para las enfermedades del sistema nervioso a través de una mejor comprensión de los mecanismos subyacentes de la enfermedad, la identificación de nuevos puntos finales de diagnóstico para detectar la enfermedad antes del inicio de los síntomas y, en última instancia, nuevos métodos de tratamiento y prevención.

Un Futuro Inclusivo: Abrazando la Diversidad

Está claro que los próximos 50 años estarán marcados no solo por una comprensión más completa del sistema que nos permite interactuar con el mundo que nos rodea, sino también por cambios fundamentales en cómo se lleva a cabo la investigación neurocientífica y los temas mismos que se estudian. Entre estos cambios, los neurocientíficos deben reconocer la importancia de la diversidad. Hasta la fecha, la investigación ha predominado en sujetos masculinos (en todas las especies) y diestros. Además, los ensayos clínicos y los estudios genéticos continúan evaluando abrumadoramente a individuos de ascendencia europea.

Estas barreras sistémicas para una comprensión completa de la neurociencia, y las diferencias individuales que contiene, son impulsadas, en parte, por la falta de diversidad entre los propios neurocientíficos. Como resultado, el campo sufre una falta de comprensión con respecto a las diferencias de sexo y el cerebro femenino, y los medicamentos aprobados por la FDA o la EMA con frecuencia exhiben una menor eficacia terapéutica en poblaciones no blancas. Mirando hacia el futuro, debemos priorizar una mayor diversidad tanto en nuestros investigadores como en nuestros sujetos de investigación. Solo abrazando una perspectiva más amplia y estudiando poblaciones diversas podremos desentrañar completamente las complejidades del cerebro humano en toda su riqueza y variabilidad, asegurando que los avances beneficiarán a toda la humanidad.

Comparativa: Neurociencia Pasada vs. Futura

Preguntas Frecuentes sobre el Futuro de la Neurociencia

¿Qué es la Sociedad para la Neurociencia (SfN)?

Es una organización central fundada en 1969 para avanzar en la comprensión de los sistemas nerviosos y su papel en el comportamiento, promover la educación en neurociencias e informar al público sobre la investigación. Ha sido fundamental en el crecimiento del campo en los últimos 50 años.

¿Cuáles son las principales áreas de investigación futura que se anticipan?

Las áreas clave incluyen una comprensión profunda a nivel celular y molecular (conectoma, atlas celular), la decodificación de cómo interactúan los sistemas y circuitos neuronales para generar comportamiento, y un enfoque transformador en la investigación y tratamiento de enfermedades neurológicas y psiquiátricas.

¿Cómo cambiará el diagnóstico de enfermedades neurológicas y psiquiátricas?

Se espera una transición de un diagnóstico basado principalmente en síntomas a uno que integre información sobre los agentes etiológicos y las complejidades moleculares subyacentes. Las pruebas no invasivas y la inteligencia artificial jugarán un papel crucial en la detección temprana y precisa.

¿Será posible tratar mejor las enfermedades del cerebro en el futuro?

Sí, se predice una "era de neuroterapéuticas" con el desarrollo de tratamientos más dirigidos y efectivos, impulsados por una mejor comprensión de los mecanismos de la enfermedad. También se pondrá un gran énfasis en la prevención a través de intervenciones en el estilo de vida y la identificación de factores de riesgo.

¿Por qué es importante la diversidad en la investigación neurocientífica?

Históricamente, la investigación ha tenido sesgos en los sujetos estudiados. Aumentar la diversidad entre investigadores y participantes en estudios es crucial para comprender las diferencias individuales, incluidas las de sexo y origen étnico, lo cual es fundamental para desarrollar tratamientos efectivos para toda la población.

¿La neurociencia tendrá impacto fuera de la medicina?

Absolutamente. Se espera que los avances en neurociencia influyan en áreas como la educación (entendiendo mejor el aprendizaje), el consumo (marketing y toma de decisiones) y el sistema judicial (comprensión del comportamiento y la responsabilidad).

Si quieres conocer otros artículos parecidos a El Futuro Brillante de la Neurociencia puedes visitar la categoría Neurociencia.