La ingeniería genética en el estudio del aprendizaje

Por Miguel Ángel Vadillo.
(Publicado originalmente en la antigua web de Psicoteca, 2003).

La aplicación de las nuevas técnicas de ingeniería genética al estudio de los procesos mentales básicos está comenzando a arrojar resultados prometedores. Esta nueva metodología permite avanzar en nuestro conocimiento del papel que determinadas sustancias pueden jugar en el aprendizaje y la memoria.


Llegó la era de la genética. Durante los últimos años los descubrimientos sobre las bases genéticas de los más diversos fenómenos biológicos se han ido sucediendo a un ritmo vertiginoso. El estudio de las bases genéticas de todo tipo de enfermedades que se está realizando en la actualidad alterará completamente nuestra forma de entender la medicina, y el desarrollo de nuevas tecnologías basadas en la genética no tardará en afectar a nuestra vida diaria planteando nuevas posibilidades, y también nuevos interrogantes científicos y morales.

No obstante, a pesar de que la importancia de este tipo de investigación es bien conocida por el público en general, existen determinados ámbitos de investigación relacionados con la genética que resultan prácticamente desconocidos. Tendemos a pensar en la genética como algo relacionado exclusivamente con la dimensión "corporal" del organismo. Pero la acción de los genes va mucho más allá. Los genes no sólo determinan cómo se desarrollan y funcionan el corazón, el riñón y los pulmones. También contienen los planos de construcción de nuestro cerebro; y, por medio del cerebro, determinan lo que somos no sólo físicamente, sino también psíquicamente. El aprendizaje, la memoria, la atención, la percepción... son ejemplos de procesos psicológicos básicos que son posibles gracias a la intervención de unas estructuras y procesos cerebrales altamente complejos que funcionan siguiendo las instrucciones especificadas en nuestro ADN.

Desde hace mucho tiempo, los científicos se han interesado por saber cuáles son las bases biológicas de estos procesos mentales. Una de las cuestiones más interesantes en las que han centrado gran parte de sus esfuerzos ha sido estudiar qué es lo que cambia en nuestro cerebro cuando aprendemos algo. Cuando introducimos información en un ordenador, podemos recuperarla más tarde porque esta información se conserva en forma de pequeños cambios físicos en el ordenador; en concreto, cambios en la tarjeta de memoria o en el disco duro. De la misma forma, cuando nosotros hacemos uso de información que hemos aprendido anteriormente, debe de ser porque esta información se ha mantenido de alguna manera en nuestro cerebro. Cada experiencia que recordamos tiene que estar almacenada en el cerebro de alguna forma.

Las experiencias podrían almacenarse en el cerebro de distintas formas. Una de ellas podría consistir en el desarrollo de conexiones entre las neuronas. Las neuronas se hallan conectadas unas con otras por medio de pequeños puntos de unión llamadados sinapsis. Cuando una neurona está activa, sus sinapsis liberan unas sustancias, llamadas neurotransmisores, sobre la siguiente neurona y hacen que ésta se active. De este modo, la activación pasa progresivamente de unas neuronas a otras. Según muchos científicos, el aprendizaje tiene lugar porque se alteran estas sinapsis, haciendo que los impulsos se transmitan mejor o peor de una neurona a otra.

El estudio de los procesos concretos por los cuales se alteran estas sinapsis no es en absoluto una rama de investigación novedosa, pero en los últimos años se están realizando grandes avances, y el desarrollo de la genética tiene mucho que ver con ellos. En concreto, si se sospecha que determinada sustancia puede estar involucrada en los cambios sinápticos, es posible buscar el gen responsable de crear dicha sustancia y ver qué es lo que pasa cuando se manipula este gen. Manipulando un gen encargado de fabricar una sustancia podemos saber si esta sustancia interviene en los cambios en la sinapsis (por ejemplo, observando directamente estos cambios con el microscópio) o bien podemos observar si la manipulación del gen altera de alguna forma la capacidad de aprender de un organismo (por ejemplo, comprobando si se potencia su capacidad para aprender a resolver diversos problemas).

Por ejemplo, existe una sustancia en el cerebro, llamada CaMKII, que tiene la propiedad de activar un tipo de receptores que facilitan la transmisión de un impulso de una neurona a otra. Para estudiar hasta qué punto esta sustancia estaba involucrada en el aprendizaje, Silva y sus colegas crearon una cepa de ratones alterados genéticamente de manera que fueran incapaces de sintetizar el CaMKII adecuadamente. Los resultados mostraron que el cambio de las conexiones entre neuronas estaba alterado en estos ratones. Los autores del estudio también observaron que estos ratones tenían problemas para aprender sobre relaciones espaciales entre objetos. En concreto, cuando se les metía en una piscina en la que había una plataforma hacia la que debían nadar, se observaba que estos ratones tardaban más que los ratones de control en aprender a llegar a la plataforma.

En otros estudios se han utilizado cepas de ratones en los que el gen responsable del CaMKII puede activarse o desactivarse al antojo del investigador introduciendo o no en la dieta de los ratones cierta sustancia que es necesaria para que el gen funcione adecuadamente. Los resultados muestran que cuando este gen está activo los ratones aprenden de forma normal, mientras que cuando el gen está inactivo los ratones tienen dificultades para aprender.

Se trata sólo de algunos ejemplos aislados que permiten intuir hasta qué punto la genética puede suponer una fuente de oportunidades para áreas científicas muy diversas. Los medios de comunicación suelen recalcar que la investigación en genética permitirá prevenir y tratar enfermedades orgánicas que hasta ahora son incurables. Los estudios comentados aquí nos invitan a esperar que tal vez algún día todos los trastornos psíquicos derivados de problemas de aprendizaje también contarán con nuevos y mejores tratamientos.

Referencias bibliográficas
  • Silva, A. J., y Giese, K. P. (1998). Gene targetting: A novel window into the biology of learning and memory. En J. L. Martinez y R. P. Gesner (Eds.), Neurobiology of learning and memory (pp. 89-142). San Diego: Academic Press.
  • Maiford, M., Bach, M. E., Huang, Y. -Y., Wang, L., Hawkins, R. D., y Kandel, E. R. (1996). Control of memory formation through regulated expression of a CaMKII transgene. Science, 274, 1678-1683.

    Enlaces de interés
  • Laboratorio de Silva: http://www.silvalab.com/index.htm
  • Molecular Cellular Cognition Society: http://www.molcellcog.org/
  • 9 comentarios:

    Niha dijo...

    Una cosa muy importante es que el público no se quede con la idea de que los genes determinan por completo la inteligencia y las diversas habilidades intelectuales.

    Gilgamesh dijo...

    Es cierto, Niha, esa moraleja no podemos olvidarla. Cuando andábamos en esa “fiebre de la genética”, hace sólo unos pocos meses o años, se oían voces en la prensa y la televisión que hablaban del asunto con mucha ligereza, y opinaban alegremente que los “genes” eran la panacea para todo. Que en los genes estaba la causa y curación de todas las dolencias, la solución a todos los males, y que contenían escrito, como decían otros alarmados, incluso el momento de nuestra muerte (este discurso paranoico es el típico de los que se impactaron con la novela “1984”). Luego hemos visto que, caray, no era para tanto. Para empezar, no sabemos ni lo que es un gen: como tantos otros conceptos en biología, especialmente en el campo de la evolución, es un concepto definido por su función. Un gen es un trozo de ADN, hablando en plata, que sirve en último término para codificar una proteína. Por supuesto, aquel inicial esquema simplista de “un gen=un carácter fenotípico” (por ejemplo, hubo quien buscó un gen para la inteligencia, o un gen para la personalidad altruista) tuvo que ser abandonado enseguida. Los genes actúan de manera complejísima, interactuando entre sí, activándose o desactivándose unos a otros. Hay genes que solamente funcionan cuando otros genes los activan, o cuando detectan que una sustancia determinada alcanza cierto nivel. Hay partes de nuestro código genético que están repetidas por una mutación, pero mutaciones futuras pueden alterar la función de ese fragmento duplicado. Y por si fuera poco, ahora sabemos que no trabajan siguiendo una ley de “todo o nada”, sino que se apuntan a la estocástica: el gen X tiene una probabilidad Y de producir la proteína Z, sólo si se dan las condiciones para ello. Un caos, vamos.
    Y ya cuando hablamos de los rasgos del órgano más complejo que tenemos, la mente (o el cerebro, vamos), la complejidad se vuelve casi diabólica. ¡A ver qué diseñador “inteligente” habría fabricado un monstruo así! Es una prueba más de que somos fruto de la selección natural, famosa por sus chapuzas ;-)

    Los experimentos con gemelos, que siempre procede citar en estos casos, nos dicen que la genética tiene su importancia en la expresión de características cognitivas, emocionales o intelectuales. Pero también la tiene el ambiente. Y el ambiente hay que entenderlo en un sentido muuuuuuuy amplio: la familia, las experiencias tempranas y las no tan tempranas, la influencia social. Pero también son “ambiente” las sustancias químicas que rodean al feto en su desarrollo uterino, por ejemplo, y no son exactamente idénticas ni siquiera en gemelos univitelinos.
    Un tema extremadamente complejo, entonces. No, claro que no estamos determinados al 100% por los genes.

    Para el que le interese el tema, he leído algún libro muy bueno sobre esto:
    -“El nacimiento de la mente”, de Gary Marcus (2005)
    -“El cerebro en evolución”, de John Morgan Allman (1999).

    Son bastante divulgativos y accesibles. Si pasa por aquí Algernon, que sabe mucho más que yo, podrá dar más detalle y recomendar más libritos (uhm, rico...).

    Niha dijo...

    Totalmente de acuerdo en lo del diseñador "inteligente"... XD

    Anónimo dijo...

    Yo siento decir que no estoy de acuerdo en lo del diseñador inteligente. Más que una chapuza me parece una obra muy superior a cualquiera de las hechas por el ser humano.
    Hoy en día en nanotecnología se proponen nuevos caminos, al igual que en microelectrónica.
    Si me preguntasen como sería una máquina construída después de pasados muchos años de investigación en estas dos ramas de la ciencia así como en inteligencia artificial....yo creo que no tendríamos más que mirarnos al espejo.
    Millones de conexiones y cables en el mínimos espacio. Circuitos que a través de una complicada combinación entre electricidad y reacciones químicas consiguen "ese ordenador" que es el cerebro.
    Una máquina que dura en buenas condiciones de cuidado una media de 80 años, y que se reproduce sola. No necesita de nueva fabricación.
    ¿Una chapuza? Pues una chapuza que no hemos sido capaces de imitar todavía.

    Anónimo dijo...

    La prudencia en este campo es fundamental, y las conclusiones que se saquen de resultados de experimentos muchas veces se pueden aumentar con conjeturas. Lo más probable es que el ambiente natural tenga un peso muy importante a pesar de lo que puedan decir algunos.
    Sin exagerar, pero si debemos darnos cuenta de que muchos comportamientos podrían tener relación con la genética, y no sabemos bien hasta que punto. Puede que incluso más de lo que suponemos en un principio. O no...eso sólo la investigación podrá ir desvelando el misterio...

    Algernon dijo...

    Pues yo voy a recomendar el clasicazo publicado por Ariel, "Genética de la Conducta", de Plomin y cía :-P

    Que encima un servidor se ha hecho una fotico con él:

    http://www.flickr.com/photos/faberitius/194883203/

    DLuque dijo...

    Hay una serie de estudios recientes en los que se estudia el efecto de diferentes polimorfismos genéticos (que afectan la transmisión de diferentes neurotransmisores en el cerebro) sobre diferentes tareas cognitivas. Ahh! Y en humanos, no en ratas (se me olvidaba decirlo!) Una buena revisión esta en Goldberg & Weinberger (2004). Genes and the parsing of cognitive processes. Trends in Cognitive Science, 8, 325-335. ¡Cómo me gusta esta revista!

    Gilgamesh dijo...

    Ahora hace falta que te animes a escribir algo de ese tema para Psicoteca, jajaja. Sé que lo conoces bastante a fondo.

    DLuque dijo...

    ¡Me sonrojas gilgamesh! Si tengo tiempo escribiré algo a partir de lo poco que he leído del tema.