Una mañana soleada en Okazaki. Desde el último piso del castillo del comandante Tokugawa, histórico jefe samurai de la era Edo, se percibe la serenidad de todo el pueblo. Sus casas pequeñas y de tejado negro están rodeadas de un diminuto jardín diseñado y cuidado por su propietario con precisión milimétrica. El aire huele a limpio y brilla con una transparencia inusitada. El tifón de hace dos días se llevó la persistente neblina que acostumbra a enturbiar el horizonte. En ausencia de viento, sin embargo, la humeante industria de las dos grandes urbes vecinas, Nagoya y Toyota, volverá a desdibujar el paisaje en pocas horas.

Al sur, detrás de una colina, se divisan los toscos edificios de uno de los más modernos centros de investigación de Japón, el Instituto Nacional de Biología Básica. En uno de esos edificios hay un laboratorio con una enorme caja de forma cúbica. Es un habitáculo de un metro de lado, de paredes gruesas, totalmente insonorizado, del que surge una maraña de cables eléctricos que se conectan a diferentes ordenadores. En su interior vemos altavoces, bombillas, más cables, detectores de movimiento y... una hermosa rata blanca.

La rata permanece quieta en el centro del habitáculo mirando fijamente tres agujeros que tiene frente a ella. Pacientemente, espera. Sabe que algo bueno está a punto de ocurrir. De repente, un fugaz destello de luz aparece a su derecha. Sin pensarlo dos veces introduce su hocico en el agujero de la derecha, del que cae un pedazo de suculenta comida. Se lo come con ahínco, sin apenas saborearlo y vuelve a la posición central. Allí se queda otra vez inmóvil, esperando. Al cabo de unos segundos se oye un sonido agudo y seco, esta vez a su izquierda. Rápidamente la rata mete la cabeza en el agujero de la izquierda. Vuelve a obtener el preciado premio. Si miramos la pantalla de uno de los ordenadores sabremos que la rata ha tardado tan sólo 250 milisegundos en reaccionar a los estímulos, tanto al visual como al auditivo.

Volvamos a la rata. Está de nuevo en el centro del habitáculo, mirando los tres agujeros, y esperando la siguiente señal. Esta vez aparece el destello y se escucha el sonido, los dos al mismo tiempo, en el lado izquierdo. La rata vuelve a acertar y a recibir la recompensa. Casi nunca falla. Pero ahora el ordenador nos dice que el tiempo de reacción ha sido de tan sólo 180 milisegundos.¹ Todo un record de celeridad. Pero no es casual. Sabemos que la cooperación entre los sentidos fortalece la percepción de un evento y mejora la capacidad de respuesta. Es lo que llamamos integración multisensorial.

Pero, ¿qué hace una rata blanca en ese habitáculo rodeada de luces y ruidos misteriosos? Pregunten al profesor Yamamori. Su laboratorio lleva muchos años estudiando la corteza cerebral de los mamíferos y, últimamente, ha seguido con sumo interés la revolución tecnológica y conceptual que tenía lugar en el campo de la integración multisensorial. Ha visto cómo se rompía el viejo dogma de la convergencia jerárquica: la integración entre los diferentes sentidos no tiene lugar sólo en las altas áreas de la corteza asociativa sino que también se lleva a cabo inmediatamente en regiones unisensoriales de bajo rango. ^2,3 Este hallazgo ha sido observado en seres humanos y en algunos animales, y en estos momentos la neurobiología está plenamente enfrascada en la búsqueda de nuevas zonas multisensoriales en el cerebro. ¿Cómo se lleva a cabo esta exploración? ¿Con qué medios?

Búsqueda de neuronas multisensoriales

La localización en el cerebro de las distintas actividades sensoriales o cognitivas se ha hecho tradicionalmente, y se sigue haciendo, mediante técnicas electrofisiológicas en las que se introduce un microelectrodo en el cerebro de un animal y se registra la actividad de una sola neurona o de un grupo de ellas. Esta metodología permite extraer una inmensa cantidad de información con gran resolución temporal y correlacionar la actividad neuronal con tareas cognitivas muy concretas. Sin embargo, no es posible insertar electrodos en todas las regiones cerebrales al mismo tiempo. Hasta ahora, los estudios sobre integración multisensorial habían dirigido sus electrodos hacia zonas de alto rango y, comprensiblemente, habían pasado por alto las regiones unisensoriales.

Con el desarrollo de las potentes técnicas de neuroimagen no-invasivas, como la resonancia magnética funcional o la tomografía por emisión de positrones, hoy es posible rastrear el cerebro en su totalidad, tanto de animales como de seres humanos, en busca de actividades neuronales y relacionarlas con tareas cognitivas o psicológicas. Así es como, en muchos casos por sorpresa, se han descubierto actividades multisensoriales en las regiones unisensoriales. Por ejemplo, en un estudio en el que se pretendía demostrar que las personas sordas podían procesar información visual en su corteza auditiva se encontraron, inesperadamente, que incluso los sujetos con audición normal mostraban actividad en su corteza auditiva durante la estimulación visual ^3,4,5

Estas técnicas, no obstante, también sufren ciertas limitaciones. No poseen suficiente resolución espacial, ya que no permiten ver neuronas individuales, ni tampoco temporal, puesto que se basan en los cambios metabólicos y de flujo sanguíneo que, al cabo de unos segundos, siguen a una gran activación neuronal. Por tanto, si queremos explorar todo el cerebro con alta resolución y, además, desvelar los mecanismos subyacentes de la integración intermodal, debemos recurrir a las últimas técnicas de biología molecular, genética y farmacológica en modelos animales más asequibles como los roedores.

Y ése es el motivo por el cual una rata blanca se pasea por el interior de una caja viendo destellos de luz y escuchando extraños sonidos. Es el experimento que hemos llevado a cabo en el laboratorio del profesor Yamamori para detectar y cuantificar la integración multisensorial.^1,6 Ésta y otras ratas han sido entrenadas para que respondan a estímulos visuales y acústicos. El objetivo es identificar las neuronas responsables de mejorar la respuesta cuando las dos señales son coherentemente integradas. Para ello, hemos comparado un grupo de ratas que han recibido estímulos audiovisuales simultáneos (congruentes)con ratas que han recibido los mismos estímulos pero con un retraso de unos pocos milisegundos entre la luz y el sonido (incongruentes)Las primeras son más rápidas en responder y llevan a cabo una verdadera integración audiovisual. Las segundas, en cambio, no realizan tal integración. Sin embargo, todas ellas ejecutan una tarea muy similar y las regiones cerebrales que se activan son prácticamente las mismas, sobre todo visuales y auditivas. Pero ¿hay alguna región cerebral que se active en el primer grupo pero no en el segundo y que podamos atribuir a la integración multisensorial?

Para detectar la actividad neuronal se ha recurrido a una técnica de mapeo génico. Existen ciertos genes que se ponen en marcha rápidamente cuando la célula genera actividad eléctrica (por ejemplo, c-Fos).⁷ Podemos rastrear todo el cerebro en busca del producto de estos genes justo después de la realización de una tarea cognitiva para identificar qué neuronas han sido activadas durante este tiempo. Haciendo esto, hemos descubierto una pequeña región cerebral que se activa selectivamente en las ratas que verdaderamente han integrado la información visual y la auditiva. Esta región está en la frontera entre dos regiones de bajo rango de la corteza cerebral, la zona visual primariaV1 y la secundaria V2, y es conocida como V2L (área visual secundaria lateral).

¿Cómo podemos estar seguros de que estas neuronas que se activan son las que llevan a cabo la integración? Una demostración muy convincente sería inactivar estas neuronas y comprobar que la integración audiovisual desaparece totalmente. Esto es precisamente lo que hemos hecho y el resultado es concluyente. De forma aleatoria, se le presentan a los animales estímulos sólo-visuales, sólo-auditivos o audiovisuales. Mientras están realizando estas tareas se les inyecta, directamente en la región V2L, un potente inhibidor de la actividad neuronal, extraído de la seta venenosa Amanita muscaria. Al cabo de unos minutos las ratas pueden responder a los estímulos visuales y auditivos sin ningún problema. También responden a los estímulos audiovisuales congruentes, pero, curiosamente, a la misma velocidad que los unimodales y que los audiovisuales incongruentes. Es decir, ha desaparecido por completo la mejora en el tiempo de reacción y por tanto la integración audiovisual.¹

Ésta es una de las estrategias que podemos seguir para descubrir nuevas regiones cerebrales asociadas a funciones multisensoriales. El siguiente reto es entender el mecanismo por el que esto ocurre. Es decir, ¿cómo es posible que las neuronas visuales sean capaces de escuchar sonidos?

Autopistas de la información: redes neuronales

La tarea que desempeña un tipo concreto de neurona viene determinada en gran medida por la posición que ocupa en la red neuronal y por su patrón de conexiones.Así pues, debemos buscar los mecanismos que explican los fenómenos multisensoriales en la conectividad entre las neuronas de las regiones sensoriales. Mediante delicados estudios anatómicos con trazadores neuronales –sustancias o proteínas que viajan por los axones y dendritas– se han establecido los mapas de las principales vías de comunicación entre neuronas y regiones del sistema nervioso de muchas especies animales, a excepción del ser humano.

Actualmente se barajan dos posibles mecanismos para explicar los efectos multisensoriales que hemos descrito. En primer lugar tenemos las bien conocidas conexiones «hacia atrás». Las regiones asociativas de alto rango envían conexiones hacia las regiones primarias de menor jerarquía y modulan así sus actividades. Estas conexiones explicarían probablemente los fenómenos multisensoriales en los que se requiere fijar la atención en parámetros muy específicos, es decir, tener un cierto grado de conciencia de lo que se está viendo u oyendo. Sin embargo, otros fenómenos multisensoriales son extremadamente rápidos y no requieren demasiada atención. Éstos se explicarían por conexiones «directas», sin muchas sinapsis de por medio, entre neuronas de las cortezas de bajo rango de diferentes modalidades. Se han buscado estas conexiones y, efectivamente, recientes estudios anatómicos han descubierto la existencia de axones que comunican directamente las cortezas primarias visuales, auditivas y somatosensoriales en el cerebro de algunos primates. En seres humanos se ha medido lo que tarda una señal eléctrica en viajar desde la zona primaria visual a la auditiva. La rapidez con que se comunican las dos zonas nos indica que deben estar directamente conectadas entre ellas.^2,4,8

Es habitual recurrir a los casos en los que se dan «fallos» en un sistema para poder entender mejor sus mecanismos. Por ejemplo, las personas sinestésicas experimentan una exagerada riqueza multisensorial que los no-sinestésicos no perciben. ¿Qué hay de diferente en su cerebro? Sabemos que durante el desarrollo del sistema nervioso se crean muchas más neuronas y conexiones de las necesarias. A medida que maduramos y aprendemos, se refuerzan las conexiones que utilizamos y desaparecen las que no. Se ha descubierto que niños y niñas experimentan múltiples fenómenos sinestésicos que después desaparecen completamente. Una probable explicación para la sinestesia sería, por tanto, un defecto en la eliminación de estas conexiones sobrantes entre regiones sensoriales o asociativas. Estudios recientes parecen demostrar la presencia de axones de más entre zonas corticales sensoriales de personas sinestésicas. Otra explicación plausible sería que, en realidad, todos poseemos estas conexiones pero un buen balance de excitación e inhibición las mantiene silenciadas. Los sinestésicos podrían tener estas conexiones erróneamente desinhibidas. Esto explicaría por qué algunas drogas son capaces de despertar experiencias sinestésicas en personas normales.

¿Es cierto que las personas ciegasagudizan los otros sentidos, como el oído o el tacto? Definitivamente sí. Y la explicación puede encontrarse también en los mismos mecanismos que hemos comentado para los sinestésicos. En este caso debemos añadir aún otro factor: la plasticidad neuronal.

Es evidente que el cerebro es plástico, flexible, incluso en la edad adulta. Ésta es la base de la memoria y el aprendizaje. Nuestros contactos sinápticos cambian cada día, cada instante, almacenando constantemente nueva información. Pero se sospecha que, en nuestra infancia, el cerebro es todavía capaz de reorganizar de forma significativa rutas neuronales enteras. Así es cómo personas ciegas o sordas de nacimiento podrían rediseñar su cerebro para que las regiones que no reciben el estímulo esperado sean reclutadas por los sentidos que siguen viables.

En la edad adulta el cerebro ya no es capaz de esos grandes cambios. Madurar equivale a perder flexibilidad. No obstante, incluso las personas que han perdido la visión en edad avanzada muestran mejores habilidades auditivas y somatosensoriales. ¿Cómo es eso posible? La clave podría encontrase en las neuronas multisensoriales. En una persona que ha perdido la visión, las neuronas multisensoriales de la corteza visual, que antes ya se ocupaban de integrar imágenes y sonidos a la vez, siguen conectadas a la corteza auditiva y se dedican ahora a «escuchar» a tiempo completo.⁵

¿Podemos hablar, pues, de la corteza cerebral como esencialmente multisensorial en su conjunto? Probablemente sí. Debemos asumir que la corteza nunca ha procesado las diferentes señales sensoriales por separado, como creíamos. Se empieza a desarrollar una visión conceptual más compleja del cerebro, donde las funciones no estarían asignadas a regiones sino a circuitos o redes neuronales. Muchos de estos circuitos, en realidad, están agrupados en zonas concretas de la corteza, por lo que, en cierta medida, el viejo dogma no es del todo incorrecto. Es bastante probable que las investigaciones en curso desvelen todavía más funciones multisensoriales en todas las regiones corticales, tanto de alto como de bajo rango, o yendo incluso más lejos, que estructuras consideradas tradicionalmente como sólo sensoriales o sólo motoras alberguen funciones cognitivas más elaboradas.

Esto será posible con la aplicación de las nuevas tecnologías que están actualmente en desarrollo. La óptico-fisiología, por ejemplo, se sirve de proteínas modificadas genéticamente y de sensores fluorescentes para visualizar, mediante microscopios multifotónicos, cómo las neuronas trabajan a tiempo real en el cerebro intacto de un animal. No sólo eso, sino que con proteínas fotosensibles es posible activar o silenciar las neuronas a nuestro antojo con un simple rayo de luz.¹⁰Paralelamente, las técnicas no-invasivas de neuroimagen permiten observar en directo cómo piensa el cerebro de los seres humanos, que es el que más nos interesa pero el que menos conocemos.

Esta gran revolución tecnológica se traducirá, sin lugar a dudas, en un avance sin precedentes de nuestra comprensión del cerebro y de la mente. Tengamos, pues, los ojos y los oídosbien abiertos para, respectivamente, oír y vertodo lo que se avecina.