Doscientos treinta y cinco años después de que el científico italiano Luigi Galvani informara que las patas de rana desmembradas se contraen en respuesta a una carga estática aplicada a un nervio, todavía estamos explorando los misterios de lo que él llamó "electricidad animal", especialmente en el cerebro. Que el cerebro genera un poco de su propia electricidad, que puede ser detectada por un electroencefalograma o EEG, está bien establecido, como es el hecho de que algunos neurocirujanos de hoy en día usan electrodos delgados para estimular estructuras cerebrales profundas y detener los temblores de Parkinson. Pero los científicos ahora están explorando una pregunta que es, bueno, alucinante: ¿pueden las dosis de bajo voltaje de electricidad, transmitidas a través del cabello, la piel y el cráneo directamente a regiones particulares del cerebro, hacer que las personas sanas sean más agudas y más alertas?
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ComprarAron Barbey, un neurocientífico de 39 años de la Universidad de Illinois, es un líder en esta investigación, aunque es extremadamente cauteloso sobre sus perspectivas. Se resiste a la idea de que los centros comerciales y aeropuertos del mañana contarán con estaciones comerciales de carga cerebral, versiones actualizadas de las paradas de masaje de hoy, pero si ese futuro (o algo así) se cumple, su trabajo habrá desempeñado un papel fundamental para lograrlo. . Barbey es el director del Laboratorio de Neurociencia de Decisión de la UI en el Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas de la universidad, y sus experimentos parecen apuntar a un momento en que estudiantes, soldados, ejecutivos y ancianos podrían beneficiarse de un tratamiento llamado corriente continua transcraneal estimulación (tDCS).
En una habitación sin ventanas en la Base de la Fuerza Aérea Wright-Patterson, cerca de Dayton, Ohio, veo a John McIntire, un voluntario civil de 33 años, recibir tDCS. Se sienta frente a una computadora, haciendo clic en una serie de pequeñas luces parpadeantes, con una venda de gasa envuelta debajo de la barbilla y en la parte superior de la cabeza. El vendaje mantiene un pequeño grupo de electrodos en su lugar en el lado superior izquierdo de su cabeza. Hay otro grupo de electrodos en su brazo superior derecho. Los cables de una pequeña caja azul en el escritorio llevan una carga eléctrica débil que fluye de la caja a los electrodos en su cabeza y baja a través de su cerebro a los electrodos en su brazo. Los investigadores creen que la corriente está afectando algunas áreas clave de su cerebro medio, incluido el locus coeruleus, que libera noradrenalina y está involucrado en la atención y la vigilia.
"Me siento bien", dice McIntire al final de la sesión de 30 minutos. ¿Experimentó alguna sensación física cuando la corriente pasó por su cerebro? "No", dice, "en realidad no puedo decir si estoy recibiendo el tratamiento o no". Debido a que es un estudio doble ciego, algunos sujetos reciben tDCS falso, sin corriente. (McIntire entendió la realidad). Los investigadores dicen que no han visto efectos secundarios significativos, solo algunas sensibilidades de la piel de los electrodos. Algunos sujetos que reciben tDCS informan dolores de cabeza después, pero también lo hacen algunos de los que reciben tratamientos simulados.
El estudio en curso en Wright-Patterson es una colaboración entre el grupo de Barbey y el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea (AFRL). Es solo uno de los muchos experimentos que Barbey ha lanzado con importantes socios de investigación. "Nuestro objetivo", dice, "es comprender los mecanismos neuronales que subyacen a la inteligencia humana y la toma de decisiones, cómo se implementan la inteligencia y la toma de decisiones en el cerebro, y luego usar ese conocimiento para desarrollar estas nuevas intervenciones".
No es difícil entender por qué la Fuerza Aérea estaría interesada en lo que Barbey tiene para ofrecer. Gran parte de su personal pasa hasta 12 horas al día, seis días a la semana, mirando imágenes de imágenes de vigilancia e intentando identificar sus marcas de drones. La investigación muestra que su rendimiento comienza a disminuir después de solo 20 minutos de servicio. "Perder objetivos en situaciones de batalla de la vida real es un gran problema, porque eso podría costarle la vida a alguien", dice Andy McKinley, un neurocientífico de la AFRL. "Y creemos que tDCS podría ser una herramienta para ayudar a los analistas, cuando comienzan a fatigarse, a mantener su rendimiento".
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Este artículo es una selección de la edición de mayo de la revista Smithsonian
ComprarHasta ahora, los hallazgos han sido prometedores. En una serie de estudios publicados desde 2013 en NeuroImage, Brain Stimulation y otras revistas, se demostró que tDCS solo reduce la fatiga y mejora o preserva el rendimiento. Los miembros del servicio que recibieron la corriente por la mañana estaban mucho más alertas y vigilantes que los sujetos de control cuando se les realizó la prueba al final de la tarde. El tratamiento también pareció mejorar sus estados de ánimo y niveles de energía. McKinley, que ha estado trabajando con tDCS desde 2007, dice que el efecto de una dosis de tDCS de 30 minutos de dos miliamperios en la mañana "dura todo el día". (En comparación, los tratamientos modernos de terapia electroconvulsiva involucran hasta 900 miliamperios). En un estudio relacionado con la privación del sueño AFRL, que aún no se ha publicado, los sujetos se mantuvieron despiertos durante 21 horas, luego se les dio cafeína, tDCS simulado o tDCS real antes de continuar con sus tareas durante otras 15 horas. Los miembros del tercer grupo se jactaban del doble de precisión en la búsqueda de objetivos de los otros dos grupos. También informaron puntajes subjetivos más altos del estado de ánimo y dijeron que el tDCS los hizo sentir renovados.
El protocolo que Barbey ha diseñado combina tDCS, nutrición y ejercicio cognitivo y físico en un régimen integral con el potencial de mejorar todo, desde las habilidades matemáticas hasta el razonamiento abstracto. A través de su trabajo, está investigando la naturaleza y la estructura de la mente humana y, en el proceso, preguntando qué significa realmente ser inteligente.
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Fue su trabajo con otra generación de miembros del servicio lo que le enseñó a Barbey las complejidades del cerebro humano. Entre 2007 y 2011, fue investigador en los Institutos Nacionales de Salud, y estudió a un grupo de veteranos de Vietnam que habían sufrido un trauma cerebral. El daño había sido causado por metralla de baja velocidad y heridas de bala; se limitaba a áreas discretas, lo que significaba que la mayoría de sus funciones cognitivas estaban preservadas. La ubicación y el tamaño de sus heridas causaron diferentes déficits, incluidos problemas con la memoria, el lenguaje y con funciones cognitivas superiores, como la planificación y la resolución de problemas.
Utilizando un proceso llamado mapeo de lesiones, Barbey reunió imágenes de diagnóstico de los cerebros de los veteranos y luego comparó la anatomía dañada de los hombres con sus problemas documentados. El resultado fue un atlas cerebral que permitió vincular funciones cognitivas específicas a sus redes neuronales subyacentes.
John McIntire, un psicólogo de investigación de ingeniería de 33 años, voluntario para estimulación transcraneal de corriente continua en la Base de la Fuerza Aérea Wright-Patterson. (Lynn Johnson) 
Los experimentos de tDCS implican conectar electrodos a la cabeza y transmitir dosis de electricidad de bajo voltaje que el sujeto humano no puede sentir. (Lynn Johnson) 
McIntire se prepara para tDCS. (Lynn Johnson) 
Un participante de investigación en la Universidad de Illinois se prepara para entrar en una máquina de resonancia magnética. Los investigadores usan estos datos para analizar la estructura cerebral y la función de los sujetos que reciben tDCS. (Lynn Johnson) 
El tratamiento está diseñado para mejorar el rendimiento en una tarea específica a mano. Aquí, los sujetos de investigación de los estudiantes usan tabletas para completar un programa de entrenamiento cognitivo como cursos de corriente eléctrica de bajo nivel a través de sus cerebros. (Lynn Johnson) 
El neurocientífico Aron Barbey se resiste a la idea de estaciones de carga cerebral en centros comerciales y aeropuertos. De hecho, preferiría no especular sobre tales cosas. (Lynn Johnson) 
Barbey toma un descanso de meditación. De acuerdo con su enfoque holístico del cerebro, se toma tiempo para meditar cada día y lo encuentra especialmente útil para lidiar con el estrés relacionado con el trabajo, como navegar por las propuestas de subvención. (Lynn Johnson) 
Terry Brann se queda atado para pruebas de cómo la forma física mejora el cerebro. (Lynn Johnson) 
La nutrición y los ejercicios cognitivos también son parte del protocolo de Barbey. (Lynn Johnson) 
Los investigadores refinan un estudio sobre el estado físico y el cerebro. Los miembros de la Fuerza Aérea son buenos sujetos porque están en buena forma física. (Lynn Johnson) 
La Fuerza Aérea está interesada en los experimentos de Barbey porque el personal absorto en las pantallas de las computadoras puede perder el enfoque y fatigarse. (Lynn Johnson) 
Mientras recopilaba imágenes de diagnóstico de veteranos de Vietnam que habían sufrido un trauma cerebral, Barbey encontró la experiencia "increíblemente profunda" (Lynn Johnson) A partir de ese conocimiento, Barbey, con varios coautores, publicó una serie formidable de documentos que identifican redes cerebrales para inteligencia general, inteligencia emocional, flexibilidad cognitiva, memoria de trabajo y más. En lo que podría considerarse su obra maestra de mapeo de lesiones, publicada en la revista Brain en abril de 2012, Barbey y sus colegas presentaron ambiciosamente una arquitectura para la inteligencia general y la función ejecutiva: comportamientos complejos y dirigidos a objetivos que involucran partes ampliamente distribuidas del cerebro, incluyendo la corteza prefrontal. Ese estudio, una de las evaluaciones más grandes y completas de este tipo realizada hasta la fecha, involucró a 182 veteranos de Vietnam y concluyó que la inteligencia "refleja la capacidad de integrar efectivamente procesos verbales, espaciales, motores y ejecutivos a través de un conjunto circunscrito de conexiones corticales". Barbey y su equipo pudieron identificar muchas de estas conexiones y describir cómo funcionaban.
La experiencia de Barbey con los veteranos lo dejó con mucho más que un currículum impresionante. "Fue increíblemente profundo", dice Barbey, quien ahora se desempeña como editor o miembro de la junta en cuatro revistas, incluyendo Frontiers in Neuroscience . “Pasamos todo este tiempo desarrollando estas teorías y pensando en la naturaleza de la mente humana y trabajando realmente duro para tratar de comprender la función de estas redes cerebrales. Y se convierte en esta empresa muy científica, muy técnica. Pero luego, una vez que comience a trabajar con individuos, con pacientes, con veteranos de Vietnam, queda claro de inmediato que hay un tema muy importante en juego. Y realmente se trata de mejorar la calidad de vida de las personas y de encontrar soluciones a estos problemas tan difíciles que enfrentan ”.
La complejidad enloquecedora del cerebro en sí es el mayor obstáculo para abordar tales problemas. O eso parece. Pero esa misma complejidad también hace posible que la ciencia mejore el rendimiento en una amplia gama de tareas, siempre y cuando los investigadores sepan a qué redes apuntar. La estimulación de las redes correctas, dice Barbey, depende de saber cuáles están involucradas en una tarea determinada y poder apuntar a esas redes con la dosis y la duración correctas. "Entonces, ¿cómo sabemos si estamos estimulando las estructuras correctas?", Pregunta. “Depende de la tarea. La tarea es crítica ".
A la larga sombra de todo lo que no sabemos sobre el cerebro, tDCS está arrojando nueva luz sobre cómo funciona. Las neuronas son los medios para la actividad eléctrica en el cerebro, pero como señala Barbey, "hay como 100 mil millones de ellas y tienen muchas propiedades que nos eluden". La investigación de Barbey se centra en la inteligencia humana y la toma de decisiones. La inteligencia, dice, emerge de la interacción entre múltiples redes cerebrales, incluida la red ejecutiva central, un sistema neural distribuido (una especie de telaraña tridimensional) que es bien conocido por sus funciones de planificación, resolución de problemas, juicio y Toma de decisiones.
En un típico experimento de tDCS dirigido a la red ejecutiva central, Barbey organiza los electrodos para enviar la corriente a través de los lóbulos frontal y parietal mientras sus sujetos realizan una tarea basada en computadora. En una de esas pruebas, llamada la tarea n-back, a los participantes se les muestran letras y deben recordar si coinciden con las letras que vieron anteriormente.
Barbey dice que la corriente eléctrica mejora la excitabilidad de las neuronas involucradas en la tarea, haciéndolas más propensas a disparar y fortaleciendo las conexiones sinápticas entre ellas. "Las neuronas que se disparan juntas se unen", dice Barbey, citando un axioma del legendario psicólogo canadiense Donald Hebb. En un artículo de septiembre de 2015, el científico de AFRL Ryan Jankord y sus colegas informaron que 30 minutos de tDCS en ratas "indujeron una mejora robusta" de las conexiones entre las células del hipocampo que son críticas para el aprendizaje y la memoria.
En humanos, tDCS también parece reclutar neuronas adicionales que originalmente no estaban involucradas en una tarea, creando lo que Barbey llama subredes que mejoran el rendimiento. Pero agrega que no hay nada inherentemente beneficioso en aumentar la excitabilidad de las neuronas. "Solo es efectivo en condiciones específicas, donde se está suministrando corriente eléctrica a las regiones involucradas en la tarea". Esta es una parte clave de cómo administra tDCS: el sujeto debe utilizar activamente las partes del cerebro en cuestión. Sin embargo, siempre cauteloso, Barbey enfatiza que "los mecanismos biofísicos subyacentes no están bien caracterizados". En otras palabras, los investigadores no están completamente seguros de por qué tDCS hace lo que hace.
Algunos han cuestionado si hace algo en absoluto. En enero de 2015, el científico con sede en Australia Jared Horvath y dos de sus colegas publicaron un análisis de más de 200 estudios de tDCS. Su conclusión: "Nuestra revisión cuantitativa no respalda la idea de que tDCS genera un efecto confiable sobre la cognición en adultos sanos". El documento desencadenó una controversia, con defensores de tDCS cuestionando los métodos de Horvath: excluyó más de 170 estudios cuyos resultados no habían sido replicado por al menos otro laboratorio. Barbey toma el punto de vista de Horvath y señala que, si bien tDCS ha sido ampliamente investigado, el entusiasmo por él ha "superado las teorías mecanicistas" de cómo funciona. Estas brechas en el conocimiento, dice, retrasan el desarrollo de protocolos más efectivos y producen una diversidad de hallazgos que no pueden explicarse, prestándose a críticas como la de Horvath.
"Las personas han estado tratando de cambiar su conciencia desde que se dieron cuenta de que tenían conciencia", dice Jonathan D. Moreno, profesor de ética médica y política de salud en la Facultad de Medicina Perelman de la Universidad de Pensilvania. Moreno dice que está decepcionado por el progreso en el campo tDCS hasta ahora. "Creo que todavía estamos demasiado en el bosque en esto, y lo estaremos por mucho tiempo", dice. “Depende de a quién intentes mejorar y para qué. Nunca podrías lograr que sea Einstein y Einstein probablemente no necesita mucha mejora ”.
Es menos escéptico sobre el uso terapéutico de tDCS para restaurar cierto grado de función normal en personas con ciertos trastornos. "La terapia parece ser más factible que la mejora", dice. Múltiples estudios en los últimos años han demostrado que tiene potencial como un tratamiento efectivo para la depresión mayor, el trastorno de estrés postraumático y otros problemas neuropsiquiátricos. También ha demostrado ser prometedor para los pacientes con Alzheimer y derrame cerebral durante las tareas de memoria de palabras y reconocimiento de imágenes. Y un estudio de 2014 encontró que tDCS mejoró el aprendizaje de idiomas, lo que sugiere su potencial como tratamiento para los déficits de lenguaje causados por un accidente cerebrovascular. La investigación realizada por la Fuerza Aérea, no relacionada con trastornos clínicos, puede apuntar a otro beneficio potencial del tDCS terapéutico: equipos de investigadores en Alemania, Brasil y los EE. UU. Han descubierto que dos semanas de tDCS diarias pueden resultar en semanas o incluso meses de mejor desempeño en Una tarea muy específica. "Parece que estás haciendo cambios duraderos en las conexiones neuronales en el cerebro", dice McKinley.
Un proyecto de 42 meses llamado Insight podría proporcionar respuestas más concretas. El laboratorio de Barbey lanzó el programa en 2014, con $ 12.7 millones en fondos de la Oficina del Director de Inteligencia Nacional. Es uno de los estudios más grandes sobre la capacidad de razonar en condiciones novedosas. El objetivo declarado del gobierno es mejorar el razonamiento adaptativo y las habilidades de resolución de problemas del personal de inteligencia. Bajo la supervisión de Barbey, 1, 000 voluntarios sanos entre 18 y 44 años (muchos de ellos estudiantes de la Universidad de Illinois) reciben dosis de tDCS mientras realizan ejercicios de entrenamiento cognitivo que evalúan esas habilidades. Pero eso es solo una parte del protocolo: también se someten a sesiones de entrenamiento físico, y se supervisan sus dietas y su salud nutricional.
El ejercicio puede parecer de baja tecnología en comparación con tDCS. Pero Barbey está tan interesado en el poder del sudor como lo está en el potencial de la electricidad. Está involucrado en un proyecto separado con la Fuerza Aérea enfocándose específicamente en el entrenamiento de intervalos de alta intensidad. El ejercicio por sí solo ya ha demostrado ser al menos tan efectivo como tDCS para mejorar el rendimiento cognitivo. Aunque Barbey dice que el ensayo clínico definitivo aún está por hacerse, más de 40 años de investigación muestran un aumento en el volumen de materia gris entre los adultos mayores en forma aeróbica, así como un riesgo 40 por ciento menor de deterioro cognitivo entre aquellos que hacen ejercicio regularmente. Los pacientes de Alzheimer que participan en programas de ejercicio agudo han aumentado el factor neurotrófico derivado del cerebro, una proteína que promueve la salud y el crecimiento de las células cerebrales.
Según Barbey, el ejercicio tiene un efecto especialmente impresionante en las funciones ejecutivas. "Si tuviéramos que salir ahora y correr a toda velocidad hasta el final de la calle y luego correr a toda velocidad todo el camino de regreso", dice Barbey, "cuando nos sentamos aquí para continuar nuestra conversación, lo haríamos". estaríamos más atentos, nuestra memoria mejoraría, tendríamos mejores funciones de control ejecutivo y esos efectos durarían entre 20 y 30 minutos ".
Barbey también quiere comprender el impacto de la nutrición en la salud del cerebro y la cognición. "Sabemos que si quieres ser un atleta tienes que comer cosas particulares y participar en determinados tipos de actividad física", dice. "Esa nutrición también opera en el cerebro". Los sujetos en su proyecto de la Fuerza Aérea toman un suplemento especial creado por el laboratorio de Barbey en colaboración con Abbott Nutrition. La fórmula es patentada, pero Barbey dice que incluye ingredientes para promover la fuerza muscular, la salud cardiovascular y la aptitud aeróbica, así como la salud del cerebro. "Además de eso, tenemos perfiles nutricionales específicos que, según la hipótesis, juegan un papel importante en la mejora de la salud del cerebro y la capacidad cognitiva", dice. En resumen, Barbey cree que el ejercicio y la nutrición pueden proporcionar beneficios integrales y duraderos que solo estimular redes cerebrales específicas probablemente nunca podría ofrecer.
Aún así, tDCS sigue siendo la más exótica de las intervenciones. Es tentador suponer que múltiples sesiones de tratamiento pueden aumentar la inteligencia general, en lugar de simplemente mejorar el rendimiento en la tarea en cuestión. Pero Barbey no ha encontrado evidencia de que tDCS pueda hacer que una persona sea más inteligente en todos los ámbitos. "La respuesta parece ser no", dice.
Esa es una de las razones por las que imagina un futuro en el que las personas utilizarán tDCS específicos junto con cambios en el estilo de vida: este último mejorará su salud general y su rendimiento mental, mientras que el primero mejorará sus capacidades cognitivas específicas. Como lo ve Barbey, el conjunto de intervenciones dependerá de los objetivos de un individuo. Un sujeto puede querer mejorar la memoria de trabajo, por ejemplo, y necesita mejorar las redes cerebrales involucradas. "La capacidad de desarrollar una intervención personalizada depende de la comprensión de los mecanismos subyacentes", dice Barbey. "Si no entendemos los mecanismos, ciertamente no podemos lograr la adaptación".
Pero Barbey sabe que su trabajo alimenta una visión alternativa del futuro, una en la que las personas en todo tipo de entornos privados y comerciales pueden sentarse rutinariamente para sesiones de carga cerebral. Prefiere no especular sobre tales cosas, pero cuando se le pregunta si este modelo puede existir dentro de 50 años, una especie de LensCrafters para el cerebro, dice: "Suponiendo que estamos en el camino correcto, suponiendo que tDCS realmente puede producir mejoras robustas, entonces sí ”. Luego vuelve rápidamente a la realidad actual. “Pero todavía estamos aprendiendo sobre estos métodos, y todavía estamos realizando experimentos para evaluar su eficacia. Entonces todavía es muy temprano. Y eso es lo que sucede con el comercialismo. Van demasiado rápido ”. Barbey tiene una visión general tenue de la industria comercial de entrenamiento cerebral y no quiere que la gente agrupe su trabajo con sus ofertas. Millones de usuarios de teléfonos inteligentes, por ejemplo, han descargado juegos como Lumosity, que afirman mejorar significativamente la memoria. "Definitivamente hay evidencia que sugiere que si juegas un juego de memoria de trabajo, mejorarás en ese juego de memoria de trabajo", dice. "Lo que está menos claro es si eso tiene algún otro impacto". (El escepticismo de Barbey se reforzó en enero, cuando Lumosity acordó pagar $ 2 millones para resolver los cargos federales de publicidad engañosa por afirmar que su producto podría retrasar el deterioro cognitivo. Se suspendió un juicio de $ 50 millones porque la compañía no tenía el dinero)
Barbey insiste en que no hay atajos en neurociencia. Al menos dos dispositivos comerciales de tDCS, Halo y Thync, están actualmente disponibles, pero se desanima con la sugerencia de que es posible ser más inteligente con solo presionar un interruptor o jugar un juego. "Realmente tenemos que tomar el camino difícil", dice. Para Barbey, el cerebro no exige nada menos.
