Europa se da diez años para construir un modelo virtual del cerebro

Científicos de más de 80 instituciones europeas se han embarcado en el Human Brain Project, una ambiciosa iniciativa que tiene por objetivo construir un modelo virtual de cerebro humano utilizando algoritmos y superordenadores como el Mare Nostrum del Barcelona Supercomputing Center. Traerá grandes avances en neurociencia y en el tratamiento de enfermedades cerebrales. Además, el gigante IBM y otras firmas utilizarán el conocimiento que surja del proyecto para acelerar el desarrollo de sistemas inspirados en la herramienta de computación más sofisticada y potente que existe: el cerebro.

El mes pasado arrancó oficialmente el Human Brain Project (HBP), un megaproyecto financiado por la Comisión Europea con 1.200 millones de euros y en el que participarán durante diez años más de 130 instituciones de investigación en el mundo, 80 de ellas, europeas.

La finalidad del proyecto es “tratar de desvelar qué hace que el cerebro humano sea único, los mecanismos básicos que hay detrás del conocimiento y el comportamiento, y también qué pasa cuando falla”, señala el neurocientíficoHenry Markram, coordinador del proyecto desde la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), institución suiza que lidera la iniciativa.

Según Markram, el desarrollo del HBP traerá no solo un conocimiento más profundo del cerebro y de cómo tratar mejor las enfermedades cerebrales. También servirá como un acelerador tecnológico para mejorar los superordenadores y desarrollar sistemas totalmente nuevos inspirados en el funcionamiento y las capacidades del cerebro.

Markram participó recientemente en una conferencia organizada por IBM Research, en su filial de Zúrich (Suiza), a la que asistió SINC. La multinacional estadounidense está muy implicada en el proyecto, ya que desde 2005 colabora con la EPFL en el Blue Brain Project, un precursor del HBP nacido para crear un modelo funcional del cerebro mediante simulaciones en los supercomputadores Blue Gene de IBM.

Además, el Human Brain Project va a convivir con otro gran proyecto del estudio del cerebro llamado Brain Initiative, impulsado por Estados Unidos y liderado por el científico español Rafael Yuste, que pretende mapear todas y cada una de las neuronas. El presidente Obama está intentado persuadir al Congreso estadounidense para que otorgue a esta iniciativa una partida presupuestaria de 3.000 millones de dólares (2.220 millones de euros). Hasta ahora se han asignado 100 millones de dólares (unos 75 millones de euros).

La coincidencia en el tiempo de ambos proyectos ha hecho que se hable de la ‘carrera del cerebro’ y que se haya comparado a estas propuestas con el lanzamiento del Proyecto Genoma a comienzos de los noventa del siglo pasado.

Sin embargo, el Human Brain Project y la Brain Initiative tienen aproximaciones muy diferentes. “Nosotros vamos a ser muy pragmáticos en el HBP. Sabemos que es imposible mapear experimentalmente el cerebro. Algunos científicos están diciendo que se puede hacer como con el genoma humano, pero no es más que una ilusión”, subraya Markram.

Según un símil utilizado frecuentemente en neurociencia, el número total de células, incluyendo neuronas, células vasculares y glía en el cerebro humano es mayor que el número de estrellas en la Vía Láctea.

El neurocientífico dice que con métodos convencionales, “se necesitarían unos 20.000 experimentos para mapear un solo circuito neuronal y en el cerebro hay unos 90.000 millones de neuronas. Además, para comprender plenamente el funcionamiento de todas las sinapsis y de cómo interactúan con las neuronas en otras partes del neocórtex, tendrían que rastrear 100 billones de conexiones, algo experimentalmente imposible”, insiste.

Llevaría siglos hacerlo con la tecnología actual e incluso con futuros desarrollos. Entonces, añade, “si no podemos hacer un mapa experimental del cerebro, haremos un modelo predictivo. Vamos a predecir su biología, el número de neuronas, el tipo de neuronas, las conexiones, dónde están localizadas las proteínas... Tenemos que desarrollar una ciencia completamente nueva que se llamará neurociencia predictiva”.

Simulación y experimentación
Así pues, el gran reto del HBP será simular el funcionamiento del cerebro en sus diferentes capas, desde el genoma y niveles celulares a neuronas, circuitos, regiones y finalmente el cerebro entero, empezando con ratones y luego con humanos.

En vez de mapear las estructuras neurales pieza a pieza, intentarán desentrañar algunos de los principios subyacentes que gobiernan la morfología y la arquitectura del cerebro. Y utilizarán superordenadores para, con miles de simulaciones estadísticas, predecir la forma en que las neuronas tienden a combinarse.

Después se comprobarán los modelos con los datos experimentales y, en teoría, se podrán predecir esas estructuras y utilizarlas para realizar ingeniería inversa del cerebro humano.
Según el coordinador del HBP, hará falta mucho trabajo para preparar y construir todo el software, organizar los datos biológicos y desarrollar los algoritmos. Y para ello será necesaria una computación totalmente diferente a la que existe ahora.

El big data que tendrá que manejar el proyecto vendrá también de los 100.000 artículos científicos que se publican anualmente sobre el cerebro y de datos procedentes de hospitales con información de pacientes, cuya identidad permanecerá anónima, gracias a las modernas técnicas de encriptación. “Hay una información muy dispersa y fragmentada que este proyecto permitirá unificar e integrar, dice Markram.

Acelerador tecnológico
“Las primeras fases del HBP aún se podrán realizar con los sistemas de supercomputación actuales, pero a medida que avance, mayor será su complejidad. Estamos trabajando para desarrollar nuevos paradigmas que nos permitan afrontar el desafío, señala Alessandro Curioni, director de ciencia computacional en IBM Research-Zúrich.

La firma ha colaborado con EPFL, que ahora lidera el Human Brain Project, en el desarrollo de superordenadores intensivos en memoria e interactivos, que hagan frente a la avalancha de datos que habrá que procesar y almacenar.

Además de IBM, otras compañías como Cray, Intel y Bull también están trabajando para conseguir superordenadores 1.000 veces más veloces que los actuales. Estas firmas se han comprometido a construir las primeras máquinas exaescala (qué operarán a trillones de operaciones por segundo) hacia el año 2020.
Pero la verdadera revolución tecnológica vendrá, según Curioni, de la computación neuromórfica en la que IBM ya lleva trabajando varios años.

Para construir estos sistemas los científicos computacionales intentan aprender del cerebro, de su forma de procesar, transmitir y almacenar información y de cómo hace todo esto con un consumo de energía mínimo (20 vatios, el equivalente a lo que consume una bombilla).

“El cerebro tiene muchos secretos, no necesita programarse, aprende. Es robusto, se puede dañar una parte importante y sigue funcionando. La tecnología tiene todavía mucho que aprender de él”, dice Markram.

Las fumadoras que dejan el tabaco antes de los 30 pueden alargar su vida diez años

La revista The Lancet publica un estudio realizado durante 12 años años sobre más de un millón de mujeres que demuestra que la cantidad de cigarrillos, la edad a la que se empieza a fumar y el momento en que se deja condicionan la esperanza de vida.

Fumar es dañino y está asociado a enfermedades en el pulmón y en el corazón, algo de lo que los científicos llevan tiempo alertando a la sociedad. El mayor estudio sobre los riesgos del tabaco y los beneficios de dejar de fumar en mujeres de Reino Unido ha demostrado que las fumadoras pierden al menos diez años de su vida.

Uno de los puntos clave del trabajo, conducido por investigadores de la Universidad de Oxford, en Reino Unido, es que “demuestra que la edad a la que se deja el tabaco condiciona el riesgo de mortalidad de las de las fumadoras”, explica Richard Peto, coautor del estudio.

El exceso de riesgo de muerte prematura se reduce en un 90% en las mujeres que abandonan el hábito antes de los 40 años y en un 97% en quienes lo dejan antes de los 30, lo que supone.En el estudio se han analizado datos recogidos de 1.300.000 mujeres de Reino Unido de entre 50 y 65 años, que fueron seleccionadas para la muestra entre 1996 y 2001. Estas completaron un cuestionario en el que declaraban si eran o no fumadoras, el número de cigarrillos que consumían, su estilo de vida y daban datos acerca de factores sociales y médicos.

El registro del Servicio Nacional de Salud de Reino Unido (NHS por sus siglas en inglés) hizo un seguimiento de las mujeres durante 12 años, hasta enero de 2011, para informar a los investigadores siempre que alguna participante moría, explicando también cuál había sido la causa de la muerte. Además, tres y ocho años después de comenzar el proceso fueron entrevistadas de nuevo por correo.

Del total de las encuestadas, el 20% fumaban, el 28% eran ex fumadoras y el 52% nunca habían fumado. Se tuvieron en cuenta variables como la región geográfica, la edad, el índice de masa corporal, el estatus socioeconómico y la cantidad de alcohol ingerido.
Pasados tres años desde el inicio del estudio observaron que “aquellas que seguían fumando tenían casi un 3% más de probabilidad de morir en los siguientes nueve años que las no fumadoras”, explica Peto.

Según los investigadores, ese 3% adicional significa que “dos tercios de todas las muertes de fumadoras de 50, 60 y 70 años fueron causadas por el tabaco”. Se trata de un dato importante, ya que la mayoría de las diferencias de mortalidad entre fumadoras y no fumadoras se produjo por enfermedades asociadas al tabaco, como cáncer de pulmón, enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), infarto de miocardio y cardiopatías.

La cantidad de cigarrillos influye
El riesgo de muerte entre las fumadoras aumentaba con el número de cigarrillos. No obstante, fumar poco también mata: en el estudio, la mortalidad de las fumadoras ligeras –de uno a nueve cigarros al día– fue el doble que la de las no fumadoras.

La edad a la que las participantes habían empezado a fumar regularmente influyó en su riesgo de mortalidad. “Quienes comenzaron a los 15 años tenían mayor riesgo de muerte que las que habían comenzado a los 19”, recoge el estudio. Las enfermedades que resultaron más peligrosas para las fumadoras fueron el cáncer de pulmón y la EPOC.

Los científicos se han basado en resultados del estudio Million Women, un análisis cuyo objetivo es descubrir y calcular los riesgos de fumar y los beneficios de dejar el tabaco a diferentes edades. Su investigación se publica el día 27 de octubre para celebrar el aniversario del nacimiento de Richard Doll, uno de los pioneros en identificar la conexión entre el tabaco y el cáncer de pulmón.
Con este trabajo los científicos alertan de que “tanto los riesgos de fumar como los beneficios de dejarlo son mayores de lo que estudios anteriores habían sugerido” comenta Peto.

Hasta ahora muchas investigaciones han infravalorado el impacto que el tabaco tiene sobre la mortalidad femenina “simplemente por el largo tiempo comprendido desde que las mujeres jóvenes comienzan a fumar hasta que aparece una enfermedad en la edad adulta o en la vejez”, explica Rachel Huxley, profesora de la Universidad de Minnesota, en Estados Unidos.

Esta investigación “sirve para comprender que dejar de fumar a edades tempranas es importante para ampliar la esperanza de vida y evitar enfermedades muy serias relacionadas con el tabaco”, concluyen los autores.

Referencia bibliográfica:
Kirstin Pirie, Richard Peto, Gillian K Reeves, Jane Green, Valerie Beral. “The 21st century hazards of smoking and benefits of stopping: a prospective study of one million women in the UK”. The Lancet. 27 de octubre de 2012.