Tienes un «piano inverso» en tu cabeza
El neurocientífico James Hudspeth básicamente ha vivido en el oído humano durante casi 50 años.
Durante ese tiempo, Hudspeth, quien dirige el Laboratorio de Neurociencia Sensorial de la Universidad Rockefeller, avanzó enormemente en la comprensión de los científicos sobre cómo el oído y el cerebro trabajan juntos para procesar el sonido. La semana pasada, sus décadas de investigación pionera fueron reconocidas por la Academia Noruega de Ciencias, que le otorgó el Premio Kavli en Neurociencia de un millón de dólares. Hudspeth compartió el premio con otros dos investigadores de la audición: Robert Fettiplace de la Universidad de Wisconsin-Madison y Christine Petit del Instituto Pasteur de París.
A lo largo de los años, a medida que Hudspeth exploraba los mecanismos del nervio auditivo, desarrolló una apreciación especial por la compleja anatomía del oído interno, que iba más allá del laboratorio. «Creo que nosotros, como científicos, tendemos a subestimar el aspecto estético de la ciencia», dijo. «Sí, la ciencia es una investigación desinteresada sobre la naturaleza de las cosas. Pero se parece más al arte que al arte. Es algo que se hace por su belleza y el deseo de comprender lo que se ha ocultado hasta ahora. Aquí hay algunas cosas realmente hermosas, el oído interno, por ejemplo, realiza una función increíble. ¿Cómo es esto posible? ¿Cómo lo hace?» Después de enterarse de su Premio Kavli el jueves, Hudspeth habló con Noticias-Hoy sobre su trabajo y cómo el cerebro integra la física en Las vibraciones se transforman en un experiencia sinfónica.
[An edited transcript of the interview follows.]
El neurocientífico James Hudderspeth.Crédito de la imagen: Zach Veilleux Universidad Rockefeller
¿Cómo suena el proceso del oído interno?
En el siglo XIX, una visión fisiológica muy importante del científico alemán Hermann von Hemholtz ha sobrevivido hasta nuestros días. Reconoció que la cóclea, el receptor del oído, era esencialmente un piano al revés. En un piano, cada cuerda representa un solo tono y la salida se convierte en un todo armonioso. El oído básicamente cancela el trabajo. Toma un todo armonioso, separando los tonos individuales y representando cada uno de ellos en diferentes posiciones en la cóclea espiral. Cada una de las 16.000 células ciliadas que recubren la cóclea es un receptor que responde a una frecuencia específica. Esas células ciliadas están organizadas, como las cuerdas de un piano.
«Transducción» es una palabra que surge con frecuencia en tu trabajo. ¿Cuál es su papel en la audición?
La moneda universal del sistema nervioso es la electricidad. Es un potencial de acción, en realidad un flujo de unos y ceros, muy parecido a un potencial de acción en una computadora. Pero la moneda del mundo sensorial exterior es muy diferente. Tenemos fotones, eso es visión. Tenemos presión, eso es contacto. Tenemos moléculas, a saber, olores o sabores. Finalmente, tenemos vibraciones en el aire, esa es la naturaleza del sonido. Cada uno de estos diferentes tipos de estímulos físicos debe convertirse de alguna manera en señales eléctricas que el cerebro pueda interpretar. Este es el proceso de transducción. Lo que me motivó y realmente entendí en los primeros 20 años de mi carrera de 40 años fue cómo se logró esto. Cómo las vibraciones mecánicas golpean las partes superiores de las células ciliadas, los llamados mechones, convierten la energía en una respuesta eléctrica.
¿Qué pasa con los 20 años restantes?
La segunda mitad de mi carrera fue inesperada. Está claro, a partir de una serie de estudios que yo y otros hemos realizado durante los primeros 20 años, que el sistema es más que un simple sensor pasivo. El sonido entrante no solo provocó una reacción. En cambio, el oído tiene un llamado proceso activo. El oído tiene un amplificador incorporado que es diferente de nuestros otros sentidos. Es como si la luz que entra en el ojo creara más luz dentro del ojo, o si el olor que entra por la nariz creara más moléculas de olor. Tomando nuestros oídos como ejemplo, el sonido que ingresa al oído en realidad es amplificado mecánicamente por el oído, y el factor de amplificación es entre 100 y 1000 veces. Esto es bastante profundo. El proceso activo también agudiza la afinación de la audición, por lo que podemos distinguir frecuencias que difieren en solo un 0,1 %. En comparación, dos teclas de un piano tienen una separación del 6%.
¿Es la magnificación el foco de su investigación actual?
Esta es una de las tres cosas específicas en las que mi grupo pone mucho esfuerzo. El otro está tratando de entender cómo se ensamblan los mechones de cabello, las partes superiores mecanosensibles de las células ciliadas. Cómo unir cosas complejas es un problema real en la biología del desarrollo. Otro es un intento de ayudar a regenerar las células ciliadas. Uno de los mayores desafíos en este campo es que las células ciliadas de los mamíferos no se reemplazan cuando mueren. Esta es la razón por la cual todos nosotros tendremos una audición progresivamente más difícil y eventualmente nos convertiremos en sordos severos. Un enfoque que estamos tomando es examinar medicamentos para tratar de encontrar una molécula que haga que las células ciliadas comiencen a regenerarse nuevamente. Hemos examinado 80.000 fármacos hasta el momento, y dos compuestos en particular parecen prometedores. Ahora estamos tratando de comprender con más detalle cómo funcionan y si ellos o compuestos relacionados podrían usarse para la regeneración humana.
¿Cree que la terapia génica es un tratamiento potencialmente viable para la pérdida auditiva?
Creo que las células ciliadas son un objetivo muy razonable para la terapia génica, por varias razones: en primer lugar, hay muchas condiciones diferentes de pérdida auditiva humana. Alrededor de 100 tipos afectan solo la audición o la audición y el equilibrio, y alrededor de 200 tipos de pérdida auditiva van acompañados de afecciones que afectan el corazón, los riñones u otros órganos. Entonces, especialmente para problemas limitados al oído, la terapia génica podría ser valiosa. Una de las personas que compartió este premio conmigo fue Christine Petit del Instituto Pasteur de París, quien realmente fue pionera en el enfoque genético para identificar los genes y las proteínas involucradas en el funcionamiento de la audición humana. Como resultado, ahora tenemos docenas de proteínas bien conocidas, o los genes que las codifican, que son defectuosas en algunas formas de pérdida auditiva y serían objetivos atractivos para la terapia génica.
Otra cosa que hace que la oreja sea particularmente atractiva es su geometría. La terapia génica ahora generalmente se realiza mediante la inserción de un gen a través de un virus. Esto puede ser problemático cuando hablas de todo el cuerpo, porque probablemente no quieras que algunos de estos genes vayan a lugares donde normalmente no funcionan. Pero el oído es el llamado compartimento privilegiado. Tiene un espacio donde el fluido se aísla de cualquier otro fluido en el cuerpo. Y es posible inyectar allí un virus portador de genes que solo es visto por las células en el oído interno y no llega al hígado u otros órganos, donde podría causar daño.
