¿Cuáles son las características de la estructura y función del cerebro humano?
¿Son conscientes los grupos de células y los cerebros aislados? ¿Cómo saben los científicos si son conscientes?
Muttoli ha descubierto algunas formas inusuales de cultivar organoides cerebrales humanos. Conectó el órgano cerebral a un robot andante, modificó el genoma del órgano con genes neandertales, lo puso en órbita en la Estación Espacial Internacional y lo utilizó como modelo para desarrollar un sistema de inteligencia artificial más similar al humano.
Se menciona que han creado un órgano cerebral humano(1) que puede generar ondas de actividad coordinada similares a las que se observan en los bebés prematuros. Esta ola duró varios meses antes de que el equipo completara el experimento.
Los hallazgos del equipo han llevado a especialistas en ética y científicos a plantear 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 un trato especial que otros las poblaciones de células no tienen, y si los humanos pueden crear conciencia.
La idea compartida por muchos neurocientíficos y bioéticos es la de un cerebro incorpóreo y consciente de sí mismo. Hace apenas unos meses, un equipo de la Universidad de Yale en New Haven, Connecticut, anunció que habían recuperado parcialmente el 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 órganos y organismos 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 enfermedades humanas únicas como el autismo y la esquizofrenia, que no pueden estudiarse en detalle en modelos de ratón. Para lograr esto, Mutori dijo que él y otros podrían necesitar 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, los Institutos Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina iniciaron un estudio para delinear posibles cuestiones legales y éticas relacionadas con los organoides cerebrales.
Las preocupaciones sobre el crecimiento de cerebros en los laboratorios también resaltan un punto ciego: los neurocientíficos no tienen una manera consistente de definir y medir la conciencia. Sin una definición funcional, los especialistas en ética temen no poder detener estos experimentos antes de que crucen la línea.
Algunos experimentos actuales pueden amplificar este problema. Anil Seth, neurocientífico cognitivo de la universidad, dijo que si los científicos creen que un organismo adquiere conciencia, es posible que deban ponerse de acuerdo sobre cómo surge. Sin embargo, dijo, si la teoría favorita de una persona dice que el cuerpo es consciente y la teoría de otra persona dice que no lo es, entonces cualquier confianza en que ha surgido la conciencia desaparece. "La confianza depende en gran medida de la teoría en la que creemos. Es un ciclo".
Estados perceptivos
Crear un sistema consciente puede ser mucho más fácil que definirlo. Los investigadores y médicos definen la conciencia de muchas maneras diferentes, para diferentes propósitos. Por eso es difícil sintetizarlos en una definición concisa y práctica para determinar el estado de un cerebro desarrollado en laboratorio.
Los médicos generalmente evalúan el nivel de conciencia de un paciente basándose en si un paciente vegetativo parpadea o se estremece en respuesta al dolor u otro estímulo. Además, utilizando lecturas de electroencefalograma (EEG), los investigadores pueden medir la respuesta del cerebro a los impulsos eléctricos. El cerebro consciente exhibe una actividad eléctrica más compleja en comparación con 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 comatosas o vegetativas, los científicos han descubierto que las personas que no responden pueden mostrar cierta actividad cerebral que se asemeja a la conciencia, como actividad en áreas motoras cuando se les pide que piensen en caminar (3).
Durante el desarrollo del órgano cerebral humano, las células preneuronales (rojas) se convierten en neuronas (verdes) y se conectan en redes (blancas).
En cualquier caso, las pruebas médicas estándar de conciencia serían difíciles de aplicar a células cerebrales cultivadas en una placa de Petri, o para diseñar completamente cerebros animales. 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 el problema. Algunos investigadores creen que la actividad cerebral de los bebés prematuros no es lo suficientemente compleja como para clasificarla como consciente. El organismo, por el contrario, no puede parpadear y no le gustan los estímulos dolorosos, por lo que no pasará la prueba clínica de la conciencia.
Por el contrario, es más probable que todo el cerebro de un cerdo recién sacrificado tenga las estructuras necesarias para la conciencia y los circuitos neuronales creados por recuerdos y experiencias mientras el animal estaba vivo. "Es difícil imaginar un cerebro lleno de todo esto", dice Jeantine Lunshof, filósofa y neuroética de la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts. Lunshof añade: "No sé qué pueden hacer mentalmente, pero ciertamente son No vacío." Al devolver un poco de vida a los cerebros muertos, como lo hizo el equipo de Yale, podría ser posible restaurar cierto grado de conciencia, a pesar de los esfuerzos minuciosos de los científicos por utilizar bloqueadores químicos para detener el movimiento de todo el cerebro.
Los investigadores coinciden en que es necesario tomar en serio las cuestiones planteadas por estos estudios. La reunión de científicos, filósofos y estudiantes tuvo como objetivo establecer y publicar un marco ético para futuros experimentos. Pero el artículo se ha retrasado durante meses, en parte porque los autores no pueden ponerse de acuerdo sobre los requisitos básicos de 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 interacciones entre neuronas, 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, cree que ningún organismo existente puede alcanzar este umbral, pero reconoce que organismos más avanzados pueden alcanzarlo.
Otras teorías competitivas sobre la conciencia se refieren a entradas sensoriales o patrones eléctricos coordinados en múltiples regiones del cerebro. Por ejemplo, una idea conocida como teoría del espacio de trabajo global sugiere que la corteza prefrontal del cerebro actúa como una computadora, procesando información sensorial e interpretándola para crear una sensación de presencia. Debido a que el organismo no tiene corteza prefrontal y no puede recibir información, no puede volverse consciente. "Sin entrada y salida, las neuronas pueden comunicarse entre sí, pero esto no representa la mente humana".
Sin embargo, conectar cuerpos similares a órganos con órganos puede ser una tarea bastante sencilla. En 2019, el equipo de Lancaster cultivó organoides cerebrales humanos junto a la columna y los músculos de la espalda de ratones. Cuando los nervios de un órgano humano se conectan a la columna, los músculos comienzan a contraerse espontáneamente.
La bióloga del desarrollo Madeleine Lancaster estudia el tejido cerebral y los trastornos a través de estudios similares a órganos 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. Sin embargo, si las células madre humanas se desarrollan durante el tiempo suficiente y se les dan los factores de crecimiento adecuados, reconstruirán espontáneamente muchas partes diferentes del cerebro, que luego comenzarán a coordinar su actividad eléctrica.
En un estudio publicado en 2017, la bióloga molecular Paola Arlotta de la Universidad de Harvard convenció a las células madre para que se desarrollaran en un órgano cerebral compuesto por muchos tipos de células diferentes, incluidas las células fotorreceptoras que se encuentran en la retina. Cuando se exponen a la luz, las neuronas de los organoides comienzan a activarse. Pero el hecho de que estas células estén activas no significa que estos órganos puedan ver y procesar información visual, dijo Arlotta. Esto simplemente significa que pueden formar el circuito necesario.
Arrota y Lancaster creen que sus órganos son demasiado primitivos para producir conciencia porque carecen de la anatomía necesaria para crear patrones EEG complejos. Aún así, Lancaster admite que, para un órgano superior, depende de su definición. "Si crees que una mosca está consciente, entonces probablemente el órgano también lo esté", dijo.
Sin embargo, Lancaster y la mayoría de los otros investigadores creen que algo como el cerebro de cerdo activado. Las cosas adquieren conciencia más fácilmente que órganos. Un equipo que trabaja con cerebros de cerdo, dirigido por el neurocientífico Nenad Sestein, buscó encontrar una nueva forma de rejuvenecer el órgano sin crear conciencia. Los investigadores pueden activar neuronas individuales o grupos de neuronas y tener cuidado de no producir grandes ondas cerebrales. 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 neurocientíficos 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 grupo de neuroética de la agencia, incluidos Renshoff e Insoo Hyun de la Universidad Case Western en Cleveland, Ohio, revisaron el trabajo y acordaron que Sestan debería continuar anestesiando el cerebro. Sin embargo, el grupo no establece regulaciones más generales ni exige evaluaciones bioéticas de propuestas de órganos similares porque sus miembros creen que la conciencia es poco probable. Los Institutos Nacionales de Salud tampoco definen la conciencia. "Es muy flexible, cada uno tiene su propio significado", dijo Hyun. "Es un gran problema si no está claro que estamos hablando de lo mismo".
Definición confusa
Algunos argumentan que incluso intentar identificar la conciencia en cualquier tipo de cerebro preservado en un laboratorio es inútil. "Dado que no entendemos la conciencia, inició cierta conciencia sobre la visualización y la adopción de medidas cuando una persona está en estado vegetativo". Dijo que se deben realizar más investigaciones con mucha precaución.
Lores y otros señalan que la experiencia de órganos similares puede ser muy diferente a la de los bebés prematuros, los adultos o los cerdos y no se puede comparar directamente. Además, las estructuras de los simuladores pueden ser demasiado pequeñas para medir con precisión su actividad, y la similitud de los simuladores con los patrones de EEG de los bebés prematuros puede ser sólo una coincidencia. Otros científicos que trabajan con organoides cerebrales coinciden con Laures en que la cuestión de si un sistema es consciente no tiene respuesta. Mucha gente evita esta idea por completo. "No sé por qué hacemos esa pregunta, porque este sistema no es un cerebro humano. Están hechos de neuronas, y las neuronas son eléctricamente activas, pero es importante pensar detenidamente en cómo se compara eso". "
Muotri espera que su sistema organoide sea comparable al menos en algunos aspectos al cerebro humano, para poder estudiar las enfermedades humanas y encontrar curas. Su motivación es personal: 14 El joven de 20 años Su hijo tiene epilepsia y autismo. "Está luchando por su vida", dijo Mutori. Los organoides cerebrales son una forma prometedora de recrear las primeras etapas de la conectividad cerebral en el desarrollo embrionario humano. Pero el estudio de la enfermedad cerebral humana no se puede estudiar por completo. El funcionamiento del cerebro es como estudiar un páncreas que no puede producir insulina. “Para eso, necesito uno que realmente se parezca a un modelo de órgano cerebral. Quizás necesite un órgano consciente.
Muttoli dijo que no sabía qué definición utilizar para determinar si un cuasi órgano ha alcanzado la conciencia. Hasta cierto punto, dijo, organoides como estos podrían incluso ayudar a los investigadores a responder preguntas sobre cómo el cerebro genera estados conscientes.
Desarrollar un algoritmo para describir cómo el cerebro genera conciencia. Su proyecto, financiado en parte por Microsoft, tiene como objetivo crear un sistema artificial que funcione como la conciencia humana.
Actualmente, no existe ninguna normativa en Estados Unidos ni en Europa que impida a los investigadores crear conciencia. El equipo de las Academias Nacionales planea publicar un informe a principios del próximo año en el que se resuman las últimas investigaciones y se determine si son necesarias regulaciones pertinentes. Los miembros planean opinar sobre cuestiones como si se debe obtener el consentimiento de las personas para desarrollar sus células en órganos similares al cerebro y cómo estudiarlas y tratarlas humanamente. La Sociedad Internacional para la Investigación de Células Madre también está trabajando en directrices para los órganos, 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 propuesta para crear organoides complejos y conscientes, lo que requeriría nuevas pautas. Muotri dijo que no tiene conocimiento de nadie que esté intentando intencionalmente crear organoides conscientes, aunque según algunas definiciones un organoide suficientemente complejo podría alcanzar accidentalmente este estado.
Sin embargo, Mutori y otros dijeron que agradecerían algunas directrices. Esto podría incluir exigir a los científicos que certifiquen la cantidad de organoides del cerebro humano que utilizan, utilizarlos únicamente para investigaciones que no puedan realizarse de otra manera, limitar el sufrimiento que se les pueda infligir y tratarlos humanamente.
Proponer una propuesta de este tipo con antelación ayudaría a los investigadores a sopesar los costes y beneficios de la creación de entidades conscientes. Muchos investigadores subrayan que tales experimentos podrían arrojar importantes conclusiones. "Hay algunas personas verdaderamente conscientes con trastornos neurológicos, pero no hay tratamientos", dijo Lancaster. "Si realmente detuviéramos todas las investigaciones debido a este experimento de pensamiento filosófico", añadió, "habría una necesidad real de algo nuevo". Muy malas noticias para cualquiera que esté interesado en la terapia”.
Sin embargo, el tratamiento aún podría probarse en órganos y tejidos 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 partes del cuerpo humano. Por ejemplo, a Hyun le gustaría que los investigadores compararan los patrones de EEG en organoides cerebrales de ratas con los de organoides cerebrales vivos, lo que podría mostrar qué tan bien los organoides humanos replican el cerebro humano.
En opinión de Mutori, no hay diferencia entre estudiar órganos y tejidos humanos y estudiar ratones experimentales. "Los modelos animales que utilizamos eran conscientes y no hubo problemas", afirmó. "Necesitamos seguir adelante. Si resulta que están conscientes, no creo que sea gran cosa, para ser honesto."