Introducción

Con 86 mil millones de neuronas y más sinapsis que estrellas en la vía láctea, el cerebro humano es una estructura fascinante (Herculano-Houzel, 2009). Muchos psicólogos estarían de acuerdo con el neurocientífico Michio Kaku sobre que el cerebro humano es el objeto más complicado del universo conocido (Bartucca, 2018). Aunque el interés en descubrir los misterios del cerebro es tan viejo como la historia humana, relativamente poco es conocido acerca de sus complicados mecanismos internos. Sin embargo, el desarrollo tecnológico del siglo XXI permite que los neurocientíficos entiendan más detalles acerca de la estructura y la función del cerebro.

El proyecto del conectoma humano es un estudio neurocientífico extremadamente ambiguo que actualmente está usando tecnologías de escaneo cerebral muy avanzadas para desarrollar los mapas más detallados de estructuras neuronales hasta la fecha (Van Essen, 2012). Usando imágenes de resonancia magnética, el proyecto del conectoma humano ya ha identificado 180 áreas o módulos distintos en solamente la corteza cerebral. Algún día, los científicos quizás proveerán un conocimiento completo de las innumerables estructuras y conexiones del cerebro.

En paralelo con la búsqueda de conocimiento de la humanidad está el deseo de controlar el cerebro. Desde las cirugías antiguas de cerebro a las lobotomías en el siglo XX, los humanos han usado el conocimiento de las estructuras neuronales para manipular el comportamiento (Faria, 2013). Mientras el proyecto del conectoma humano y otros estudios revelan detalles acerca de la estructura del cerebro, los avances tecnológicos están dejando a los humanos más poder para emplear la actividad neuronal. Hay mucho entusiasmo sobre la tecnología neuralink (enlace neuronal) de Elon Musk con pruebas en humanos proyectadas a empezar en 2023. El aparato neuralink de Musk será el primer interfaz cerebro-máquina (ICM) convencional. Con grabaciones de 1024 microelectrodos implantados en la corteza motora por un robot quirúrgico, el aparato de neuralink dejará que la gente pueda controlar sus teléfonos y otros aparatos solamente con su pensamiento. En el sitio web de neuralink hay esta declaración: Mientras nuestra tecnología se desarrolla, podremos aumentar las fuentes de comunicación con el cerebro, accediendo a más áreas del cerebro y nuevas formas de información neuronal. (www.neuralink.com). Neuralink y otra tecnología expandirán su influencia a través del cerebro, pero los ICM podrían ser solamente el inicio.

Una nueva tecnología en el campo de la neurociencia con un potencial enorme es la optogenética. La optogenética usa CRISPR Cas-9 para modificar genéticamente las neuronas humanas para que se activen cuando sean estimuladas únicamente con la luz. La optogenética proveerá un nivel de entendimiento y control sobre el cerebro humano sin par en la neuroingeniería. En este artículo discutiremos momentos históricos del control mental, los mecanismos usados para manipular el comportamiento, la aparición de la tecnología optogenética, y las maneras en las que la optogenética podría ser usada para controlar el comportamiento.

La Historia del Control Mental

Desde los albores de la historia a los tiempos modernos los humanos han usado métodos quirúrgicos para cambiar el comportamiento. Fechando hasta la era neolítica, los sudamericanos y europeos antiguos usaron por igual la cirugía primitiva conocida como trepanación. La trepanación implicaba cortar secciones de la calvaria para dejar salir a los espíritus atrapados dentro del cerebro. La trepanación quizás habría sido usada como un tratamiento para la epilepsia intratable y posesiones demoníacas (Faria, 2013). Aunque estas cirugías primitivas fueran las precursoras de la neuromedicina actual, la manipulación generalizada del cerebro para cambiar el comportamiento no surgió hasta el siglo XX.

Un incidente específico conocido como el American Crowbar Case inició el ascenso de la psicocirugía actual. Phineas Gage, un obrero del ferrocarril, fue severamente dañado cuando una explosión accidental expelió un hierro de apisonamiento a través de su cabeza, casi completamente destrozando su lóbulo frontal izquierdo. Aunque sobrevivió el calvario, su personalidad no lo hizo. El comportamiento de Gage cambió de agradable y responsable a impulsivo e insensible. Fascinados con el cambio dramático de comportamiento de Gage, los científicos empezaron a estudiar los lóbulos frontales (Faria, 2013).

Estudios llevados a cabo en chimpancés revelaron que lesionar a la corteza prefrontal podría reducir el comportamiento agresivo y aumentar la docilidad en estos animales. Los hospitales psiquiátricos sobrepoblados de mediados del 1900 empezaron a usar formas similares de la psicocirugía para sedar a los pacientes trastornados. La intervención más popular, la leucotomía transorbital, fue inventada por el Dr. James Watts e implica injertar un picahielo a través del espacio de arriba del globo ocular al cerebro donde se giraba para amputar conexiones de materia blanca debajo del lóbulo frontal. 60.000 cirugías del lóbulo frontal se hicieron en un período de 20 años (1936-1956), muchas de ellas en pacientes mentales quienes no dieron ni pudieron dar consentimiento (Faria, 2013).

Los tratamientos pisco-quirúrgicos antiguos tales como la lobotomía parecen ser inmorales y aún barbáricos según las normas actuales de salud mental. Sin embargo, otras instancias de manipulación neuronal continuaron hasta los años 70. El proyecto MKULTRA de la CIA, compuesto de 149 subproyectos, fue un estudio encubierto enorme que usaba varios métodos de manipulación de comportamiento en el pueblo americano. Empezando en 1953 y revelado al público en 1975, el proyecto MKULTRA usaba LSD, comas inducidos químicamente de una duración de hasta 60 días, niveles peligrosos de terapia electroconvulsiva, parálisis farmacológica y manejo psíquico (una combinación de drogas y grabaciones) para controlar a la mente humana. Muchos de estos experimentos fueron llevados a cabo sin el conocimiento ni el consentimiento de los participantes (Neely, 2021).

Aunque el rango completo de los métodos de control mental usados a lo largo de la historia sobrepasa el alcance de este artículo, el desarrollo de la tecnología de estimulación cerebral es de gran interés. Una de las primeras instancias de control mental usando la tecnología de estimulación cerebral fue un experimento hecho por el Dr. José Delgado en los años 1960 usando toros españoles y ondas de radio. Después de anestesiar a un número de toros, Delgado quirúrgicamente implantó hasta 28 electrodos en áreas del cerebro tales como la corteza motora primaria, el tálamo y los ganglios basales. Usando un control portátil, Delgado pudo enviar ondas de radio a los electrodos de los toros los cuales crearon impulsos eléctricos en sus cerebros. Usando este aparato, Delgado pudo parar a un toro en carga de 2 a 3 metros antes de embestirle usando la estimulación inducida por radio. Cuando se terminaba la estimulación el toro reiniciaba su carga, embistiendo contra la barrera de madera donde Delgado había estado parado solamente unos momentos antes (Marzullo, 2017).

Aunque los experimentos precoces como el de Delgado se hicieron en animales, un estudio en 1963 titulado Intracranial Stimulation in Man se llevó a cabo en un humano. El paciente fue un hombre de 35 años quien había sido institucionalizado por nueve años con esquizofrenia fuerte. Después de una craneotomía, electrodos fueron implantados quirúrgicamente en la amígdala, el tálamo y el hipotálamo del hombre. Los alambres iban de los electrodos a un par de interruptores delante del paciente. Al presionar estos interruptores el paciente podría así estimular su cerebro. Uno de los interruptores distribuía un pulso eléctrico suave el cual producía efectos psicológicos agradables o gratificantes. El otro distribuía un pulso un poco más fuerte a las mismas áreas del cerebro el cual producía efectos psicológicos aversivos. El paciente, al presionar ambos interruptores, rápidamente se adaptó a presionar solamente el interruptor que producía la estimulación agradable de su cerebro. El paciente empezó a mostrar indicios de adicción a esta estimulación, aún negando su necesidad básica de hambre para presionar el interruptor. Los autores del estudio notaron, “Es interesante que la introducción de un plato de comida atractiva no produjo un cambio de reacción aunque el paciente había estado sin comida durante siete horas”. Aunque el experimento fue muy invasivo no hay mención en el artículo de consentimiento informado (Bishop et al., 1963). Este estudio, a pesar de ser obviamente inmoral según las normas actuales, abre una discusión sobre cómo la estimulación quizás controle el comportamiento mediante el condicionamiento operante.

Estimulación Cerebral y Condicionamiento Operante

Los lectores de la novela clásica de Anthony Burgess La Naranja Mecánica quizás se acuerden de la secuencia icónica en la cual el personaje principal Alex está amarrado a una silla y forzado a ver películas extremadamente violentas. Antes de que la película empiece, a Álex se le administra una droga que tiene el fin de hacerle extremadamente enfermo. Mientras los efectos de las drogas empiezan a establecerse, una tecnología para monitorizar al cerebro transmite el estado mental de Alex a un equipo de investigadores el cual modula las imágenes violentas para que Alex empiece a conectar los conceptos de la violencia con la náusea. Este tratamiento ludovico es tan efectivo que Alex ya no puede imaginar actos violentos sin sentirse nauseabundo después de ser soltado (Servitje, 2018).

Aunque el tratamiento ludovico en sí es una ficción científica, hay varios tratamientos modernos conocidos como la terapia de aversión que opera con mecanismos similares. Un número de drogas eméticas tales como apomorfina y disulfiram estimulan áreas del cerebro que inducen la náusea. El centro emético del cerebro, el núcleo del tracto solitario (SN) ubicado en la médula del bulbo raquídeo, es el blanco más obvio para estas drogas. La terapia de aversión funciona al emparejar sentimientos de náusea con cualquier comportamiento indeseado. Por ejemplo, la droga disulfiram interfiere con el metabolismo del alcohol etílico y produce náuseas severas e incomodidad cada vez que una bebida alcohólica es consumida. Así, los pacientes de disulfiram desarrollan una aversión fuerte a cualquier cosa relacionada con el alcohol (MacDougall & Sharma, 2020; Servitje, 2018). Aunque la incomodidad puede ser un motivador poderoso, el comportamiento también puede ser modificado con placeres psicológicos. El núcleo accumbens (NAcc), también conocido como el centro de recompensa del cerebro, es el centro de adicción y la formación de hábitos en el cerebro. Como parte de la vía dopaminérgica mesolímbica entre la corteza prefrontal y el sistema límbico emocional, el núcleo accumbens facilita experiencias subjetivas de placer cuando es presentado con un estímulo favorable. Unos estudios han mostrado que la estimulación del NAcc puede aumentar efectivamente el comportamiento de alimentación en las ratas (Baumgartner et al., 2020). Adicionalmente, la tecnología de estimulación cerebral profunda que aumenta la activación neuronal en el NAcc es aprobada para el tratamiento de depresión en humanos al aliviar síntomas de la anhedonia (la falta del placer) (Delaloye & Holtzheimer, 2014).

Estos tratamientos que modifican el comportamiento (estimulación de NS para aversión y estimulación de NAcc para recompensa) pueden ser vistas como correlaciones modernas de la teoría del psicólogo conductual B.F. Skinner de condicionamiento operante. Skinner teorizó que cada comportamiento humano puede ser controlado a través de un sistema de recompensas y castigos. Una recompensa es cualquier cosa que aumente el comportamiento mientras un castigo es cualquier cosa que reduce el comportamiento. Skinner demostró sus teorías al entrenar a animales a hacer tareas complejas usando nada más que recompensas tales como bolitas de comida y castigos como choques eléctricos. Las terapias de comportamiento de Skinner se extendían al mundo humano para el tratamiento de la depresión, sistemas de recompensa para alumnos y la enseñanza del comportamiento social para individuos con autismo (Shultz & Schultz, 2019). Al estimular áreas como el NS o NAcc, uno podría teóricamente controlar cualquier comportamiento humano a través del condicionamiento operante. Una nueva tecnología radical está emergiendo en el campo de la neuroingeniería que quizás podría modificar el comportamiento humano en maneras nuevas e incomparables.

La optogenética
Introducción: Controlando la mente con la luz

CRISPR Cas-9 es una tecnología de modificación genética revolucionaria que usa los mecanismos naturales de la defensa antivirus de las bacterias. CRISPR usa dos componentes para editar los genes: un fragmento de ARN guía y una nucleasa Cas-9. El ARN guía primero es inscrito con una secuencia genética específica de nucleótidos los cuales la nucleasa Cas-9 entonces usa para encontrar una sección correspondiente de ADN. Cuando la Cas-9 encuentra el ADN enfocado corta la secuencia, así silenciando sus expresiones genéticas o injertando una nueva secuencia genética para expresión modificada (Shao et al., 2018). Una nueva tecnología en el campo de la neuroingeniería, acuñada optogenética, usa CRISPR Cas-9 para expresar opsinas en las neuronas humanas.

Las opsinas son proteínas fotosensibles que usan fotopigmentos para capturar los fotones de la luz solar. Cuando una onda de luz específica es capturada por el fotopigmento de una opsina, la opsina cambia su forma para abrir un canal iónico al cual está sujeta. Este canal iónico deja que iones con carga positiva y negativa pasen dentro o fuera de la célula huésped de la opsina, cambiando el gradiente químico intracelular y cambiando el comportamiento de la célula (Boyden, 2011). La optogenética usa CRISPR Cas-9 para injertar la secuencia genética para opsinas al ADN de las neuronas humanas elegidas. Los compuestos de CRISPR conteniendo la secuencia genética deseada son inyectados a través de micro-jeringas a la neurona elegida para la modificación genética. Cuando CRISPR añade la secuencia de la opsina al ADN de la neurona, las opsinas son expresadas genéticamente en la membrana de la célula de la neurona. Cuando estas opsinas son iluminadas con la onda de luz deseada ellas abren sus canales iónicos y cambian sus actividades neuronales (Boyden, 2011).

Hay dos tipos de opsinas que han sido descubiertos hasta entonces para el uso de la optogenética: transductores neuronales y silenciadores neuronales. La opsina channelrhodopsin-2, extraída del ADN de una especie de alga verde, es activada por la luz azul. Cuando es activada, la channelrhodopsin-2 deja que iones cargados positivamente tales como el sodio pase a la neurona lo cual despolariza la célula y la hace activarse. Así, la channelrhodopsin-2 puede ser usada para estimular la actividad neural. En cambio, otra opsina llamada archaerhodopsin es extraída de una especie de arquea y responde a luz en el espectro de verde a amarillo. Cuando es activada, la arquearhodopsina bombea protones fuera de la neurona y así la hiperpolariza, removiendo el azar de la neurona sea despolarizada y que se active. Así, la arquearhodopsina puede ser usada para silenciar la actividad neural (Boyden, 2011).

La optogenética tiene varias ventajas sobre otras formas de estimulación neural incluyendo la farmacología y la estimulación eléctrica. Las drogas farmacológicas actúan sistemáticamente a causa de la distribución del torrente sanguíneo y así tiene muchos efectos secundarios. Aunque ciertas drogas quizás cambian la actividad electroquímica en las áreas deseadas del cerebro, también actúan en muchas áreas no deseadas del cerebro. Adicionalmente, el metabolismo y distribución de drogas puede tardar minutos, horas, o incluso semanas en producir efectos notables. Así, la estimulación farmacológica del cerebro sufre de extremadamente bajos niveles de resolución temporoespacial (imita el comportamiento neuronal natural pobremente). Nuevos tratamientos utilizando la estimulación eléctrica del cerebro tienden a tener una mucho mejor resolución temporoespacial que las drogas farmacológicas. Los microelectrodos de la estimulación cerebral profunda, por ejemplo, ofrecen estimulación precisa de las áreas deseadas con muchos menos, quizás ningunos, efectos secundarios. Sin embargo, aún la estimulación cerebral profunda activa millones de neuronas de una vez y no puede activar las vías neurales altamente localizadas o grupos de neuronas. Adicionalmente, ya que los electrodos reparten impulsos eléctricos sin retroacción de las neuronas deseadas, la estimulación eléctrica cerebral no imita de manera precisa la actividad neuronal la cual es extremadamente específica al fenotipo de cada neurona. La optogenética, por otro lado, tiene una resolución temporoespacial inmaculada. Se puede enfocar en grupos de neuronas extremadamente específicos, incluso a nivel de neuronas individuales, porque solamente las neuronas modificadas genéticamente expresarán opsinas y responderán a la estimulación de la luz (la resolución temporal fuerte) pero cada neurona optogenética funcionará naturalmente en coherencia con su fenotipo. Así, la optogenética imita exactamente la actividad cerebral natural tanto a niveles temporales como espaciales (Deisseroth et al., 2006; Shao et al., 2018; Williams & Entcheva, 2015).

Las aplicaciones de la optogenética son asombrosas. Usando la optogenética para silenciar o activar los grupos de neuronas extremadamente específicos nos dejará comprender la estructura y función del cerebro humano a un micronivel. Los proyectos del mapeo cerebral tales como el proyecto del conectoma humano pueden usar la optogenética para descubrir miles de áreas nuevas debajo del nivel de detección de las imágenes de resonancia magnética. A diferencia de la psicocirugía, la optogenética es revertida tan pronto como las opsinas neuronales son privadas de su fuente principal de la luz deseada, lo cual significa que las pruebas en humanos serían relativamente inocuas y sin efectos permanentes. Las tecnologías como la estimulación cerebral profunda podrían ser reemplazadas por la optogenética la cual podría estimular o silenciar precisamente las áreas del cerebro asociadas con los trastornos cerebrales. La optogenética podría ser usada como el tratamiento principal para la depresión, la ansiedad, y una multitud de otras enfermedades neurológicas (Deisseroth et al., 2006). Aunque hay mucho ánimo sobre el potencial para la tecnología optogenética, hay un número de consideraciones éticas para su uso futuro en los seres humanos.

La optogenética y la ética

Anteriormente hablamos de cómo la estimulación selectiva del NS y el NAcc podría ser usada como mecanismo de castigo y recompensa para condicionar a un ser humano por cualquier set de comportamientos. Porque la optogenética permite que la estimulación selectiva e instantánea de cualquier área del cerebro, las neuronas optogenéticas en el NS y el NAcc podrían ser estimuladas para reducir o aumentar los comportamientos deseados. Un estudio por Baumgartner et al. (2020) analizó la estimulación optogenética en ratones. El estudio usó CRISPR para implantar unas opsinas en áreas diferentes del NAcc y encontró que, dependiendo del lugar de la estimulación, el deseo tal como el temor podría ser inducido de manera fiable por la estimulación optogenética (Baumgartner et al., 2020). Parece que el condicionamiento operante ya es posible con la optogenética, pero ¿cómo podría ser usada la tecnología de una manera similar en humanos? Aunque estamos muy lejos de los gobiernos totalitarios implantando la optogenética para controlar a la mente social (Gilbert et al., 2021), hay un número de preocupaciones éticas para el uso futuro de CRISPR y las tecnologías optogenéticas.

A causa del potencial de CRISPR de tratar más de 10.000 enfermedades genéticas en humanos y su uso relativamente sencillo podría llegar a ser un recurso inestimable para la biomedicina en el futuro cercano. Sin embargo, se plantean preocupaciones debido a las implicaciones del uso excesivo de la tecnología o el uso de ella antes de que se haya cumplido los estudios clínicos suficientes tal como el caso del profesor Jian-kui He (Memi et al., 2018). Ya ha habido un debate intenso acerca de la ética de CRISPR Cas-9 tras los experimentos del profesor chino Jian-kui He usando la edición genética en dos infantes podrá remover la susceptibilidad al SIDA (Ye et al., 2019). Este experimento obviamente violó un número de las normas éticas incluyendo el consentimiento informado. Las posibilidades de los supuestos “bebés de diseño” como resultado del uso no regulado de CRISPR son preocupantes.

La optogenética, aunque no ha visto las pruebas en humanos, ha ganado una discusión ética también. Las investigaciones involucrando a otra tecnología de estimulación cerebral, la estimulación cerebral profunda (DBS), ya ha descubierto una multitud de problemas asociados con los implantes cerebrales invasivos. Unos estudios han visto que a causa del comienzo repentino de la estimulación DBS, muchos pacientes sienten que sus efectos son excesivamente mecánicos y aún pueden perturbar el sentido de la autenticidad cognitiva de la persona (de Haan et al., 2017; Mathews, 2011). Otro estudio vio que la estimulación DBS bajó los niveles de introspección y motivación del paciente (Pham et al., 2015). Aunque la optogenética ofrece estimulación más precisa y sofisticada que la DBS (Kravitz et al., 2010), todavía hay más potencial para interrupción de los sentimientos subjetivos del ser tales como la continuidad narrativa o la identidad (Mathews, 2011). Ciertamente, aunque los efectos de la optogenética son reversibles, la implantación de ADN viral a la neurona humana no lo es. Tanto el cambio de la personalidad subjetiva tras la estimulación optogenética como la naturaleza invasiva de la tecnología son dilemas éticos claves que deben ser discutidos antes de que las pruebas en humanos sean consideradas (Gilbert et al., 2014).

El abuso teórico de la optogenética

Aunque la probabilidad del control mental real usando la optogenética es improbable en este momento, el abuso futuro de esta tecnología es teóricamente posible. Más allá de la estimulación por control remoto de las vías de recompensa y castigo es el potencial para la estimulación de áreas diversas relacionadas con la percepción y el comportamiento. Estudios han demostrado que la estimulación eléctrica del lóbulo temporal superior medial cambia la percepción de dirección en los monos macacos (Britten, 2002). Otras áreas, tales como el giro fusiforme, el giro parahipocampal, el lóbulo occipital, el área de Wernicke, y la ínsula son responsables por varios otros tipos de percepción. Con cientos de opsinas diferentes, cada cual responsiva a uno de cien fuentes de luz específicas, la percepción principal de la realidad de un ser humano podría ser guiada, manipulada, o distorsionada cuando uno quiera. Los humanos optogeńeticos podrían ser lobotomizados por silenciamiento selectivo de la corteza prefrontal usando arquerhodopsina.

Tecnologías adicionales en combinación con la optogenética podrían cimentar el control sobre el ser humano optogenético. Usando electroencefalograma (EEG), investigadores pudieron visualizar y codificar docenas de patrones de activación neuronal usando grupos de vóxel (píxeles representando la actividad cerebral en un programa digital). Estos patrones vóxel fueron registrados sobre la corteza visual primaria en pacientes que se caían dormidos (hipnagogia). Al poner los patrones codificados en un programa de aprendizaje automático, los investigadores pudieron predecir lo que los participantes estaban soñando con una precisión del 60%. Mientras los EEG y el análisis vóxel llegan a ser más sensibles, la precisión de las tecnologías de control mental aumentará. Así, los futuros sistemas multicapa relacionados con la crítica entre el análisis vóxel y la estimulación optogenética podrían predecir y controlar el comportamiento con la rapidez y precisión del pensamiento natural. Aunque los usos maliciosos de la optogenética y otras tecnologías son extremadamente improbables en el presente, el potencial del abuso futuro sigue siendo un tema para considerar y precaución mientras la optogenética se acerca a las pruebas en seres humanos. Estudios tales como el proyecto MKULTRA de la CIA han mostrado cuán poderosa y peligrosa la tecnología puede llegar a ser en las manos de organizaciones inmorales y poderosas (Neely, 2021).

Conclusión

En este artículo hemos hablado de la historia de las técnicas de control mental tales como la lobotomía frontal, descrito las formas de condicionamiento operante que pueden ser usadas para controlar al comportamiento, resumido la tecnología emergente de la optogenética, y hablado de las implicaciones éticas y teóricas de la optogenética y otras tecnologías. Aunque las tecnologías tales como la optogenética están aumentando rápidamente nuestro entendimiento del cerebro, nosotros como humanos tenemos que protegernos de un abuso potencial. Con el entorno rápido de información respaldando a la optogenética como una herramienta eficaz, puede que no pase mucho tiempo antes de que los investigadores la usen en voluntarios humanos. Uno podría observar el lanzamiento inminente de Neuralink y otros implantes neurales e imaginar el día en que la optogenética reemplace estas tecnologías para proveer beneficios tecnológicos extendidos a la sociedad. Al avanzar, las discusiones éticas sobre la optogenética y CRISPR son primordiales para proteger a los humanos del abuso experimental y los cambios subjetivos indeseados en la autoimagen.