¿Cuáles son las características de la estructura y función del cerebro humano?
En los últimos años, con el desarrollo de la inteligencia artificial, muchos científicos han estado trabajando duro para explorar si los robots podrán tener conciencia en el futuro. Puede que sea posible en el futuro, pero esto requiere que primero realicemos más investigaciones sobre el cerebro humano. Para los científicos, el cerebro humano siempre ha sido una existencia mágica y la investigación sobre el cerebro humano es infinita.
Si los grupos de células y los cerebros aislados son conscientes; ¿cómo determinan los científicos si son conscientes?
Muotri ha descubierto algunas formas inusuales de hacer crecer órganos cerebrales humanos. Conectó órganos cerebrales a robots andantes, modificó el genoma del órgano con genes neandertales, los puso en órbita en la Estación Espacial Internacional y los utilizó como modelos para desarrollar sistemas de inteligencia artificial más parecidos a los humanos.
El artículo menciona que crearon un organoide cerebral humano que produce ondas coordinadas de actividad similares a las observadas en bebés prematuros (1). La ola duró varios meses antes de que el equipo finalizara su experimento.
Los hallazgos del equipo han llevado a especialistas en ética y científicos a plantearse una serie de preguntas morales y filosóficas sobre si se debe permitir que los organismos alcancen este nivel de desarrollo y si los organismos "conscientes" tienen derecho a adquirir otras células. Trato especial y derechos que los grupos no tienen, y si la conciencia puede ser creada por los humanos.
La idea de un cerebro incorpóreo y autoconsciente ha estado en la mente de muchos neurocientíficos y bioéticos. Hace apenas unos meses, un equipo de la Universidad de Yale en New Haven, Connecticut, anunció que habían devuelto algo de vida al cerebro de un cerdo que había sido sacrificado horas antes. Al extraer los cerebros de los cráneos de cerdo e inyectar un cóctel de sustancias químicas, los investigadores restauraron la función celular de las neuronas y su capacidad para transmitir telecomunicaciones (2).
Otros experimentos, como la adición de neuronas humanas a cerebros de ratones, han planteado algunas preguntas. Algunos científicos y especialistas en ética creen que estos experimentos no deberían permitirse.
Estos estudios sientan las bases para un debate entre quienes desean evitar la creación de conciencia y quienes ven los organoides complejos como herramientas para estudiar enfermedades humanas devastadoras. Muotri y muchos otros neurocientíficos creen que los organoides del cerebro humano pueden ser la clave para comprender condiciones exclusivamente humanas como el autismo y la esquizofrenia, que son imposibles de estudiar en detalle en modelos de ratón. Para lograr esto, dice Muotri, es posible que él y otros necesiten crear conciencia deliberadamente.
Los investigadores ahora piden un conjunto de pautas similares a las utilizadas en estudios con animales para guiar el uso humano de los organoides cerebrales y otros experimentos que podrían conducir a la conciencia. En junio, las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina iniciaron un estudio para delinear posibles cuestiones legales y éticas relacionadas con los organoides cerebrales.
Las preocupaciones sobre los cerebros cultivados en laboratorio también resaltan un punto ciego: los neurocientíficos no tienen una manera consistente de definir y medir la conciencia. Sin una definición funcional, a los especialistas en ética les preocupa que no haya forma de detener los experimentos antes de que crucen la línea.
Algunos experimentos actuales pueden amplificar este problema. Si los científicos están convencidos de que un organismo ha adquirido conciencia, es posible que deban apresurarse a ponerse de acuerdo sobre una teoría sobre cómo surge la conciencia, dice Anil Seth, neurocientífico cognitivo de la Universidad de Pensilvania. Pero, dijo, si la teoría favorita de una persona dice que un organismo es consciente y la teoría de otra persona dice que no, entonces cualquier confianza en que ha surgido la conciencia desaparece. "La confianza depende en gran medida de las teorías en las que creemos. Es un ciclo".
Estados perceptivos
Crear un sistema de conciencia puede ser mucho más fácil que definirlo. Los investigadores y médicos definen la conciencia de muchas maneras diferentes para diversos propósitos. Por lo tanto, es difícil sintetizarlos en una definición práctica simplificada para determinar el estado de un cerebro desarrollado en laboratorio.
Los médicos generalmente evalúan el nivel de conciencia de los pacientes en estado vegetativo en función de si parpadean o se estremecen en respuesta al dolor u otros estímulos. Además, utilizando lecturas de electroencefalograma (EEG), los investigadores pueden medir la respuesta del cerebro a los impulsos eléctricos. El cerebro consciente mostrará una actividad eléctrica más compleja que los patrones de actividad simples y regulares del cerebro inconsciente.
Pero es posible que esta prueba no explore completamente si una persona carece de conciencia.
En estudios de imágenes cerebrales de personas en coma o estados vegetativos, los científicos han descubierto que las personas que no responden pueden mostrar cierta actividad cerebral similar a la de la conciencia, como actividad en áreas motoras cuando se les pide que piensen en caminar (3).
En el cerebro humano en desarrollo, las células preneuronales (rojas) se convierten en neuronas (verdes) y se conectan en redes (blanco).
En cualquier caso, las pruebas médicas estándar de conciencia serían difíciles de aplicar a células cerebrales cultivadas en una placa de Petri o a cerebros de animales renacidos. Cuando Muotri sugirió que los patrones de activación de su organismo eran tan complejos como los observados en los bebés prematuros, la gente no supo qué hacer con este problema. Algunos investigadores creen que la actividad cerebral de los bebés prematuros no es lo suficientemente compleja como para clasificarla como consciente. Los organismos no pueden parpadear ni reaccionar ante estímulos dolorosos, por lo que no pasarían las pruebas clínicas de conciencia.
Por el contrario, es más probable que los cerebros intactos de los cerdos recién sacrificados tengan las estructuras necesarias para la conciencia, así como el cableado neuronal creado por recuerdos y experiencias mientras el animal estaba vivo. "Cuando piensas en un cerebro que ya está lleno de todo esto, es difícil imaginar que esté vacío", dice la filósofa y neuroética Jeantine Lunshof de la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts. "Están pensando", añadió Lunshof. "No sé qué se puede hacer, pero ciertamente no es nada". Devolver un poco de vida a un cerebro muerto, como hizo el equipo de Yale, podría restaurar cierto grado de conciencia, a pesar de los denodados esfuerzos de los científicos para hacerlo. bloquearlo con agentes químicos para prevenir la actividad cerebral global para evitar esto.
Los investigadores coinciden en que es necesario tomar en serio las cuestiones planteadas por estos estudios. Una conferencia de científicos y filósofos, así como de estudiantes, tiene como objetivo crear y publicar un marco ético para futuros experimentos. Pero el artículo se retrasó durante meses, en parte porque los autores no pudieron ponerse de acuerdo sobre los requisitos básicos para la conciencia.
Teorías cada vez más complejas
Casi todos los científicos y especialistas en ética coinciden en que hasta ahora nadie ha creado la conciencia en un laboratorio. Pero todos se preguntan a qué prestar atención y qué teorías de la conciencia son más relevantes. Por ejemplo, según una visión llamada teoría de la información integrada, la conciencia es el producto de redes de neuronas densamente conectadas en todo el cerebro. Cuantas más neuronas interactúen entre sí, mayor será el grado de conciencia; esta cantidad se llama phi. Si phi es mayor que cero, el organismo se considera consciente.
Según esta teoría, la mayoría de los animales pueden cumplir este estándar. Christof Koch, del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro en Seattle, Washington, no cree que ningún organismo existente alcance ese umbral, pero reconoce que un organismo más avanzado podría dar en el blanco.
Otras teorías competitivas sobre la conciencia mencionan entradas sensoriales o patrones eléctricos coordinados en múltiples regiones del cerebro. Por ejemplo, una idea llamada teoría del espacio de trabajo global sugiere que la corteza prefrontal del cerebro actúa como una computadora, procesando entradas sensoriales e interpretándolas para formar una sensación de presencia. Debido a que el organismo no tiene corteza prefrontal y no puede recibir información, no puede volverse consciente. "Sin entradas y salidas, las neuronas podrían comunicarse entre sí, pero eso no es representativo de la mente humana".
Sin embargo, conectar organoides con órganos puede ser una tarea bastante sencilla. En 2019, el equipo de Lancaster cultivó organoides cerebrales humanos junto a espinas y músculos de la espalda de ratones. Cuando los nervios de los órganos del cuerpo se conectan con la columna, los músculos comienzan a contraerse espontáneamente.
La bióloga del desarrollo Madeleine Lancaster utiliza organoides para estudiar la organización y los trastornos del cerebro en su laboratorio de la Universidad de Cambridge en Inglaterra.
La mayoría de los organoides se forman simplemente para replicar una parte del cerebro: la corteza. Pero si las células madre humanas se desarrollan durante el tiempo suficiente y se les dan los factores de crecimiento adecuados, reconstruyen espontáneamente muchas partes diferentes del cerebro, que luego comienzan a coordinar su actividad eléctrica. En un estudio publicado en 2017, Paola Arlotta, bióloga molecular de la Universidad de Harvard, convenció a las células madre para que se convirtieran en organoides cerebrales compuestos de muchos tipos de células diferentes, incluido el tipo de células sensibles a la luz que se encuentran en la retina. Cuando se expusieron a la luz, las neuronas de los organoides comenzaron a dispararse.
Pero el hecho de que estas células estén activas no significa que los organoides puedan ver y procesar información visual, dijo Arlotta. Esto simplemente significa que pueden formar el circuito necesario.
Arlotta y Lancaster creían que sus organoides eran demasiado primitivos para producir conciencia porque carecían de la anatomía necesaria para crear patrones EEG complejos. Aún así, Lancaster admite que para los organoides avanzados, depende de cómo se definan. "Si crees que una mosca está consciente, entonces los organoides probablemente también lo estén", dijo.
Sin embargo, Lancaster y la mayoría de los otros investigadores creen que cosas como el cerebro de cerdo activado tienen más posibilidades de hacerlo. de ganar conciencia que los organoides. Un equipo que estudia cerebros de cerdo, dirigido por el neurocientífico Nenad Sestan, está tratando de encontrar nuevas formas de rejuvenecer el órgano en lugar de crear conciencia. Los investigadores pudieron hacer que se activaran neuronas individuales o grupos de neuronas, tratando cuidadosamente de evitar la producción de ondas cerebrales generalizadas. Sin embargo, el equipo de Sestan detuvo inmediatamente el proyecto cuando vieron una actividad EEG coordinada similar en uno de los cerebros. Incluso después de que los expertos neurológicos confirmaran que el patrón era inconsistente con la conciencia, el equipo anestesió el cerebro como medida de precaución.
Sestan también se puso en contacto con los Institutos Nacionales de Salud (NIH) para obtener orientación sobre cómo proceder. El panel de neuroética de la agencia, que incluía a Lenshoff e Insoo Hyun de la Universidad Case Western en Cleveland, Ohio, evaluó el trabajo y estuvo de acuerdo en que Sestan debería continuar anestesiando el cerebro. Pero el grupo aún tiene que desarrollar reglas más generales o exigir rutinariamente revisiones bioéticas de las propuestas de organoides porque sus miembros creen que la conciencia es poco probable. Los Institutos Nacionales de Salud tampoco tienen una definición de conciencia. "Es muy flexible y cada uno tiene su propio significado", dijo Hyun. "Es un gran problema si no está claro que estamos hablando de lo mismo".
Definición borrosa
Algunos argumentan que incluso intentar identificar la conciencia en cualquier tipo de cerebro conservado en laboratorio es inútil. "Dado que no entendemos la conciencia, fue pionero en algunas medidas de visualización de imágenes mientras las personas están en estado vegetativo. "No deberíamos ser demasiado arrogantes. Dijo que se deben realizar más investigaciones con gran precaución.
Laureys y otros señalan que la experiencia de los organoides puede ser muy diferente a la de los bebés prematuros, los adultos o los cerdos y no se puede comparar directamente con los organoides. Las estructuras pueden ser demasiado pequeñas para medir con precisión su actividad, y la similitud entre los organoides y los patrones EEG de cerebros prematuros puede ser solo una coincidencia. Otros científicos que estudian los organoides cerebrales están de acuerdo con Laureys en que la cuestión de si un sistema es consciente. "No sé por qué hacemos esa pregunta, porque este sistema no es un cerebro humano". Las neuronas tienen actividad eléctrica, pero tenemos que pensar cuidadosamente cómo compararlas. Espera que su sistema organoide sea comparable al cerebro humano al menos en algunos aspectos, para poder estudiar las enfermedades humanas y tratarlas. Su motivación fue personal: su hijo de 14 años tiene epilepsia y autismo. "Luchó duro con la vida", dijo Muotri. Los organoides cerebrales son una vía prometedora porque recrean las primeras etapas de la conectividad cerebral que son imposibles de estudiar durante el desarrollo embrionario humano. Pero estudiar enfermedades cerebrales en humanos sin un cerebro en pleno funcionamiento es como estudiar un páncreas que no puede producir insulina, dijo. "Para hacer eso, necesitaría un modelo de un organoide cerebral que realmente se parezca a un cerebro humano. Probablemente necesitaría un órgano consciente.
Muotri dijo que no sabe qué definición usar para determinar Si un organoide alcanza la conciencia, dijo, los organoides podrían incluso ayudar a los investigadores a responder la pregunta de cómo el cerebro genera estados conscientes, con el objetivo de desarrollar un algoritmo que describa cómo el cerebro genera la conciencia. conciencia humana
Actualmente, no existen regulaciones en los Estados Unidos o Europa que impidan a los investigadores crear conciencia. Un equipo de la Academia Nacional de Ciencias planea publicar un informe a principios del próximo año que describa las últimas investigaciones. juicio sobre si se necesitan regulaciones pertinentes.
Los miembros planean opinar sobre cuestiones como si se debe obtener el consentimiento de las personas para desarrollar sus células en organoides cerebrales y cómo estudiar y manipular humanamente los organoides. La Sociedad Internacional para la Investigación de Células Madre también está trabajando en directrices para los organoides, pero no menciona la conciencia porque cree que la ciencia aún no ha llegado a ese punto.
Hyun dijo que el panel de neuroética del NIH no ha visto ninguna recomendación para crear organoides complejos y conscientes, lo que requeriría nuevas pautas. Muotri dijo que tampoco conoce a nadie más que esté intentando deliberadamente crear organoides conscientes, aunque según algunas definiciones un organoide suficientemente complejo podría alcanzar este estado por accidente.
Aún así, Muotri y otros dicen que agradecen algunas pautas. Esto podría incluir exigir a los científicos que certifiquen la cantidad de organoides del cerebro humano que usan, usarlos solo para investigaciones que no se puedan realizar de otra manera, limitar el dolor que se les pueda infligir y manejarlos humanamente.
Proporcionar este tipo de asesoramiento por adelantado ayudaría a los investigadores a sopesar los costes y beneficios de la creación de entidades conscientes. Muchos investigadores enfatizan que tales experimentos tienen el potencial de arrojar importantes conocimientos. "Hay personas verdaderamente conscientes que padecen trastornos neurológicos para los cuales no existe tratamiento", dijo Lancaster. "Si realmente detuviéramos todas las investigaciones debido a este experimento de pensamiento filosófico", añadió, "eso tendría un impacto real en la situación". Muy malas noticias para las personas que necesitan nuevos tratamientos".
Sin embargo, los tratamientos aún se pueden probar en organoides cerebrales elaborados a partir de células madre de ratón o en modelos animales convencionales. Estos experimentos también podrían contribuir a los debates éticos sobre el uso de organoides humanos. Por ejemplo, a Hyun le gustaría que los investigadores compararan los patrones de EEG de los organoides del cerebro de un ratón con los de los organoides del cerebro de un ratón vivo, lo que podría indicar qué tan bien los organoides humanos reproducen el cerebro humano.
En opinión de Muotri, no hay diferencia entre estudiar tejido organoide humano y ratones experimentales. "Los modelos animales que utilizamos eran conscientes y no hubo problemas", afirmó. "Necesitamos seguir adelante y, si resulta que están conscientes, sinceramente no creo que sea gran cosa".