La vida secreta de las células

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Celeste Skewes, Ciencia en Chile. El universo sensorial que nos permite navegar en el mundo, indagar acerca de cuán real es la realidad y conocer el modus operandis oculto de las células, son algunos de los temas que el PhD Sebastián Brauchi conversó con Ciencia en Chile desde su oficina en Janelia Research Campus, Virginia, Estados Unidos, donde actualmente se encuentra realizando una visita de investigación invitado por la Fundación Howard Hughes Medical Institute.

El Dr. Brauchi es un destacado biofísico chileno, Doctor en Ciencias, mención Biología Celular y Molecular de la Universidad Austral de Chile. Realizó su postdoctorado en la Escuela de Medicina de la Universidad de Harvard y, desde 2008, es investigador y académico de la Facultad de Medicina de la Universidad Austral de Chile.

¿Puede explicar para nuestros lectores su línea de investigación?

Yo soy biofísico, es decir, intento modelar sistemas biológicos de acuerdo con parámetros físicos muy básicos. Mi investigación es en biofísica de proteínas. Me enfoco en proteínas que llamamos receptores y que se encargan de generar un mensaje para la célula que los tiene en su superficie. El mensaje contiene información de lo que rodea a la célula. La célula interpreta su mundo de acuerdo con lo que los receptores le dicen que hay. Muchas de estas células se especializan en los organismos que las contienen, para lo que cuentan con receptores de distinto tipo, y algunas forman parte del mecanismo que define nuestros sentidos. Mi trabajo se ocupa de las moléculas que operan este mecanismo.

Sebastián Brauchi aplicando la técnica de imagenología.

Me pregunto cómo es que la célula maneja internamente la información de su entorno. Para esto, desarrollo herramientas de imagenología (saco fotos a las células a alta velocidad) y procesamiento de datos para saber cómo la información fluye en su interior. Con estas herramientas se puede visualizar la actividad interna de la célula en tres dimensiones, así como también intentar entender cómo estas máquinas moleculares (receptores) se mueven en respuesta a un estímulo que viene desde afuera y, al moverse, cómo ese movimiento es entendido como una señal que es procesada internamente por la célula.

La célula, como un aparato integrador, detecta muchas señales en simultáneo y al integrar estas señales genera una respuesta para lo que sucede en su entorno. Esto uno lo puede ver de forma más macro en los sentidos, las células de los sentidos son células especializadas que tienen receptores para detectar la luz, el sabor, el olor, la presión, etc. Estas células son como los detectores del robot que dan información al computador central para que los integre y eso ocurre en tu cabeza.

La maquinaria de los sentidos

Si prestáramos atención a la permanente información que estamos recibiendo todo el tiempo, no podríamos navegar en el mundo, ¿es por eso que nuestro cerebro filtra información?

Es mucha información, a veces uno le pierde el camino a la información porque uno lo encuentra muy cotidiano. Ver para mí o para ti es muy cotidiano, entonces uno no le toma el peso a la cantidad de información que está fluyendo, pero en realidad tu ojo tiene unas 100 millones células en la parte de atrás del ojo. Esas células detectan luz (como el chip de tu cámara de fotos) y lo que sucede con esa luz es que activa un receptor en la membrana de una neurona, en la que se genera una señal eléctrica que viaja dentro de tu cerebro hacia la corteza visual (en la parte trasera de tu cabeza) donde se procesa e integra la información visual y se generan imágenes. Todo el proceso de generación de imágenes y detección de movimiento es tan sofisticado que si queremos reproducirlo por completo no podríamos porque hoy, técnicamente, no tenemos la tecnología para hacerlo. Luego, distintas partes de la corteza integran múltiples entradas sensoriales, generando lo que llamamos percepción, nuestra interpretación interna del mundo real que nos rodea.

Con la producción de las imágenes uno no recrea el mundo completo: los ojos se están moviendo todo el tiempo, vibran, y tu cabeza, como mecanismo visual, está escaneando el campo todo el tiempo. Si te fijas en cualquier persona con un poco de atención vas a ver que sus ojos van a estar vibrando un poquitito, y es porque su ojo, como máquina, está escaneando el espacio visual. Esa imagen, primero, está en blanco y negro para detectar contraste y tres tonos de color. Generamos cuadros de imágenes y los guardamos en memorias de corto plazo de la imagen, por lo tanto, vas a ver que las cosas se mueven y la atención se pone en algo cuando cambian las luces y sombras, no los colores ni el movimiento mismo del objeto. El cambio de brillo va a hacer que tu atención se fije en un punto, y entonces la imagen va a seguir construyéndose allí con mayor definición, porque lo tienes guardado en la memoria y así vas a creando imágenes sobre otras imágenes y eso pasa para que construyas tu realidad en tiempo real, todo esto desde la detección de fotones de luz en la retina de tu ojo hasta la generación de imágenes finales, ocurre en 24 cuadros por segundos. ¡Increíble!

 ¿Funciona de forma similar con todos los sentidos?

No. Todos los sentidos tienen diferentes frecuencias de adquisición. El oído tiene una mayor frecuencia de adquisición de datos que la vista, el gusto una menor. De hecho, tienen diferentes tipos de procesamiento, algunas memorias creadas por el input sensorial son más profundas y menos detalladas que otras. Por ejemplo, el detalle visual o auditivo, es mucho mayor y menos permanente que la memoria olfativa o de gusto. “Me acuerdo de la sopa de mi abuelita, no sé exactamente qué es lo que tenía, pero me acuerdo que estaba tan rica”. Y cuando tomo una sopa a lo mejor no sé identificar exactamente qué es, pero es la de mi abuelita, sabe a la de mi abuelita, ¡igualita! y me trae recuerdos de mi infancia. El caso de la magdalena de Proust es exactamente eso.

En cambio, las memorias visuales o auditivas son más volátiles, están mucho más mezcladas con sueños, con modelos, y con lo que mi cerebro me quiere imprimir. Entonces el recuerdo visual de mi tío es un poco distinto a mi tío, está superpuesto con otro tipo de cosas, que son modelos de lo que yo quiero recordar como realidad. Entonces, las memorias son algo bastante complicadas en ese sentido, porque no son homogéneas, no se guardan de una manera uniforme.

La realidad, ¿es real?

Entonces, ¿cuán real es la realidad, tal cuál la percibimos?

 Yo estoy en una escala unos peldaños más abajo que la percepción. La percepción es una construcción que nace de la integración de las señales eléctricas que provienen desde los detectores periféricos y viajan a tu cerebro donde combinado con tu experiencia, percibimos, generamos realidad. Tu cerebro guarda experiencias, tus detectores en la periferia del cuerpo le dan información al cerebro, entonces creas un concepto, de perro, de computador, de persona. Y ese concepto creado se llama percepción. El cientista cognitivo Donald Hoffman da un ejemplo buenísimo, es como el computador, si tu tienes un ícono en tu pantalla (como la papelera), no quiere decir que el ícono sea la realidad de lo que significa el ícono para el computador. El computador tiene un código interno que determina lo que es el ícono, dónde está guardado el ícono, qué significa el ícono y los descriptores del ícono. Tú, en cambio, ves una figura del ícono en la pantalla. La realidad para el visor -para el que interacciona con el computador- es la pantalla plana con ese ícono, pero la realidad real detrás del ícono es un montón de códigos que están guardado dentro del computador.

Así que respondiendo tu pregunta: Nada. La realidad como la percibimos es la construcción mental que se genera al combinar la información sensorial (lo que detectamos), con nuestra experiencia previa. El cerebro es un mecanismo que modela soluciones. Las dimensiones de espacio y tiempo, por ejemplo, son restricciones de nuestro mecanismo. El color, realmente no existe, es un código para entender, modelar, construir un mundo coloreado en base a ondas que viajan en el espacio que nos rodea. Es mas fácil navegar en el mundo así supongo, es mas fácil alimentarse, procrear e ir al baño, las únicas tres cosas que importan para la continuidad de la especie.

El mismo Donald Hoffman, cientista cognitivo, y la neuróloga Suzanne O’ Sullivan, afirman que la neurociencia aún está en sus primeros pasos y que, a pesar de avances exponenciales de los últimos 30 años, aún hay grandes misterios por resolver. En este sentido, ¿cuáles son las principales dificultades para estudiar la percepción de la realidad? 

No sólo O’Sullivan y Hoffman, también Seth y, antes, Francisco Varela. Antes que ellos un sinnúmero de filósofos (que suelen plantear excelentes dilemas) se han preguntado: ¿Qué es lo real? ¿cuánto valor tiene lo que veo o huelo? ¿qué me hace consciente? ¿qué soy yo?

Ciertamente hay mucho que aprender. De los sentidos sabemos bastante, es más fácil, son los detectores del computador y funcionan como los transductores que ponemos en nuestros robots. Lo interesante es cómo el cerebro combina esto junto a la experiencia para producir un modelo general de la realidad que se sustenta en una piedra angular de causa y efecto. Efectivamente, aún no sabemos cómo lo hace nuestro procesador.

La pregunta que sigue es ¿cuál es la importancia de entender la realidad “real”? ¿Importa la realidad del mundo si la verdad es que sé navegar a través de él? La realidad con que nos alucinamos -eso es, básicamente una alucinación colectiva-, no obstante, es coherente. De hecho, construimos todo sobre la base de la causa y el efecto (como el espíritu santo del científico) y funciona. Si todo es una construcción y el juego es describir, quizás lo más pragmático es describir la realidad que entendemos. Lo demás es solo un juego lógico muy atractivo, pero como de película que se devela con anticipación. Sé que la realidad que percibo no es real, ¿ahora qué?

Usted afirma que ve a los seres vivos como un mecano, ¿nos puede hablar sobre ello?  

Todo es un sistema. La biosfera establece relaciones entre los organismos que la componen. Es una máquina con piezas. Los organismos en grupos establecen particulares relaciones entre ellos y constituyen un orden social. Otro circuito más pequeño. Cada individuo de esa sociedad mantiene un balance interno, sus piezas se relacionan entre sí para generar, idealmente, homeostasis. Es una máquina. Las células de los órganos definen un adentro y un afuera, detectan cosas y la información interna viaja de acuerdo a reglas discretas, es otra máquina. Las proteínas que componen las piezas de la célula son máquinas pequeñísimas.

Por eso la pregunta que para mí emerge es ¿tienen todos estos circuitos algo en común? ¿Qué cosas en común tienen todos ellos? ¿Qué es lo no especial? La gente siempre esta enfocada en algo especial, “vamos a buscar algo especial en esto o aquello”, al revés, ¿qué es lo que es común en todos? ¿Qué es lo más básico que define un sistema o un circuito que se auto sustenta? ¿Qué es lo más básico que define el circuito -en mi caso- célula? ¿Como han evolucionado estas redes de conectividad?

Conversaciones celulares

En el último tiempo, estoy tratando de responder preguntas cómo: ¿Qué es lo que pasa cuando el receptor siente y la célula detecta eso? ¿Cómo la célula integra la información de diferentes receptores en una escala temporal súper corta? Para la célula un día es una eternidad, para la célula un segundo es una eternidad, entonces, ¿cómo integra segundo a segundo las células las cosas que le están llegando? ¿Qué es lo que significa para la célula tener frío? ¿Cómo está escrito en la célula la señal “frío”? ¿Cómo está escrito dentro de la célula la señal “comida”? ¿Cómo dentro de la célula está escrito la señal “necesito dividirme”? ¿Cómo yo voy a leer una célula? ¿Esa célula siempre ha tenido el mismo mecanismo?, ¿Las células primitivas también eran así? Y, ¿las células que viven de los organismos unicelulares se comportan igual a cuando están formando colonias? ¿Se hablan entre ellas? ¿Se dicen “nos tenemos que dividir ahora, ya no tengo que estar contigo más”? ¿Esa sociedad celular se perturba naturalmente porque ellas se comunican y saben?

¿Cómo pasa esto? ¿al azar? Es muy raro, las cosas al azar no existen en biología, pasan por algo (porque nada es tan especial como para estar fuera de la red que compone el todo). Hay ciertas presiones de selección, ciertos mecanismos preferentes, ciertas reacciones químicas que ocurren más fáciles que otras, ciertas guías termodinámicas que hacen que las cosas sucedan de estas formas, a mí me gustaría extraer estas formas, hacer un modelo básico de cómo esto funciona y opera.

¿Cómo lo que estudia influencia, en efectos prácticos, la vida cotidiana?

Somos parte de un todo. Yo soy un pequeño organismo en un mar de muchos otros. Creo que entender detalles de nuestros componentes biológicos es fundamental para quienes desarrollen aplicaciones para los detalles que descubro, los métodos que implemento, las ideas que genero. Mi trabajo ha de ser responsable y riguroso. Está financiado con fondos públicos, de los impuestos de todos, eso conlleva cierta responsabilidad, pues no hay mucho espacio para desperdiciar lo poco que tenemos. Por otro lado, si mi investigación ha de ser útil en el futuro, lo que describo no solo ha de estar bien descrito, sino que tiene que estar abierto y accesible a todos.