Creo que muy pocas veces nos detenemos a pensar lo que hay dentro de nuestro cráneo. Dentro de él, hay una masa blanquecina, gelatinosa y suave llamada encéfalo. Este increíble órgano está formado por miles de millones de células: neuronas y células gliales. Las células gliales son más numerosas y pequeñas que las neuronas, su función es apoyar a las neuronas en su función.

Comunicación neuronal

Las neuronas son células con un núcleo llamado soma y de aquí surge una intrincada red de prolongaciones llamadas dendritas y axones, mediante los cuales se comunican, estableciendo conexiones esenciales para el funcionamiento del sistema nervioso. ¿Cómo lo hacen? Su lenguaje es tanto eléctrico como químico. El lenguaje eléctrico es conocido como potencial de acción o impulso nervioso, es de muy bajo voltaje (microvoltios) y viaja desde el soma de la neurona hasta el botón terminal del axón. Al llegar a esta región, el impulso desencadena la liberación de sustancias químicas llamadas neurotransmisores, unas moléculas mensajeras que permiten que las neuronas "hablen" entre sí. Estas sustancias químicas, producidas por la primera neurona, se vierten en el espacio entre estas dos neuronas y se unen a la membrana de la neurona siguiente para transmitir información. Este punto de conexión se llama sinapsis químicas. También existe sinapsis en las que no hay liberación de neurotransmisores y la comunicación entre las dos neuronas es por contacto físico, de membrana a membrana, es la sinapsis eléctrica.

Cada neurona puede establecer miles de sinapsis, lo que le permite formar circuitos neuronales altamente complejos. Gracias a estas redes electroquímicas, el sistema nervioso regula funciones tan diversas como el latido del corazón o el hacer pipí (micción). Sin embargo, no todas las neuronas participan en cada función; más bien, existen regiones específicas del encéfalo y la médula espinal encargadas de tareas concretas. Por ejemplo, las redes neuronales ubicadas en la corteza cerebral, la capa más externa del encéfalo, son responsables de habilidades cognitivas como el lenguaje, el razonamiento, la memoria, la toma de decisiones, la creatividad y la percepción del mundo. En contraste, las regiones más caudales del encéfalo (tallo cerebral), cercanas a la médula espinal, se encargan de funciones vitales, como la regulación de la respiración (Kandel et al., 2013). También en esta zona se encuentran las neuronas responsables del control de la micción.

El efecto del mensaje neuronal depende de la naturaleza química de los neurotransmisores y del número de sinapsis activadas. En la neurona receptora (neurona postsináptica), la señal puede ser excitadora, promoviendo su activación, o inhibidora, reduciendo su actividad. ¡Así es como las neuronas se comunican entre sí! Lo fascinante es que estas conexiones no son estáticas: los circuitos neuronales pueden modificarse con la experiencia, lo que permite el aprendizaje. Algunos de los mecanismos que facilitan estos cambios incluyen el aumento o disminución del número de sinapsis, ajustes en la sensibilidad de las neuronas a la activación y la formación de redes de comunicación más eficientes (Kandel et al., 2013).

Control nervioso de la micción

La micción es el proceso fisiológico de almacenar orina en la vejiga y expulsarla periódicamente a través de la uretra. Cuando la vejiga de los seres humanos se llena con aproximadamente 350 ml de orina, los receptores sensoriales detectan la distensión de la vejiga y transmiten esta información, mediante neuronas sensoriales, a los segmentos lumbosacros de la médula espinal. Ahí se activan interneuronas que hacen sinapsis con neuronas que relajan el músculo de la vejiga urinaria. También hacen sinapsis con motoneuronas del esfínter uretral (en el núcleo de Onuf), lo que cierra el lumen uretral y evita la fuga de orina (Cruz et al., 2014). Otras neuronas envían la información al cerebro (circuitos supraespinales), lo que nos hace sentir el deseo de orinar (Fowler et al., 2008).

En su trayecto hacia el cerebro, la señal de la vejiga urinaria es transmitida, mediante múltiples conexiones, a diferentes regiones del encéfalo, tales como el puente de Varolio, localizado en el tallo cerebral; la sustancia gris periacueductal en el mesencéfalo; el tálamo e hipotálamo en el diencéfalo; la corteza prefrontal, entre otras (Griffiths, 2015).

Cuando decidimos miccionar, la vejiga se contrae y la uretra se relaja, permitiendo el paso de la orina hacia el exterior. Esta acción está coordinada por el cerebro y el centro pontino de la micción, este último ubicado en el puente de Varolio del tallo cerebral. La información baja a la médula espinal lumbosacra donde se activan circuitos neuronales que, por un lado, inhiben la actividad de las motoneuronas que inervan al esfínter externo de la uretra y, por otro, activan a neuronas preganglionares que se conectan con neuronas vesicales ubicadas en un ganglio nervioso que se encuentra cerca de la vejiga urinaria (Arellano et al., 2019; Mirto et al., 2021). La activación de estas redes nerviosas produce simultáneamente contracción vesical y relajación uretral, lo que permite el flujo de la orina.

En personas con lesión medular, la comunicación entre el centro pontino de la micción y las neuronas que inervan a la vejiga urinaria se interrumpe, impidiendo que la persona sienta el llenado de la vejiga. También se pierde la coordinación en la actividad de la vejiga urinaria y la uretra, el esfínter no se relaja durante la contracción vesical. Como resultado, la vejiga se distiende de más y siempre está llena, lo que puede causar infecciones urinarias, reflujo ureteral e incluso daño renal. La lesión medular también produce disfunciones gastrointestinales, sexuales y parálisis en las extremidades.

Restablecer la conexión nerviosa de los pacientes con lesión medular ha sido el objetivo de muchas investigaciones; sin embargo, hasta ahora los resultados siguen siendo pobres. Por ello nos preguntamos si, en esta era de las computadoras, la inteligencia artificial (IA) podría ayudar.

¿Puede la IA ayudar a recuperar el control de la micción?

La IA se enfoca en el desarrollo de sistemas y algoritmos que pueden realizar tareas que normalmente requieren de inteligencia humana. Por ejemplo, si un conductor se detiene en una esquina y observa a un malabarista equilibrando un balón en su cabeza mientras lanza machetes al aire, podría preguntarse si es posible modelar matemáticamente este complejo proceso. Aunque las matemáticas tradicionales tienen dificultades para describirlo, la IA sí podría lograrlo. Utilizando conocimientos sobre comunicación neuronal, redes neuronales profundas y algoritmos de aprendizaje automático, se podrían entrenar modelos con datos del malabarista. Entonces, el uso de IA permitiría no sólo replicar el comportamiento, sino también predecir, tolerar fallas y generalizar a situaciones nuevas.

En biomedicina ya existen interfaces cerebro-computadora basados en IA que permiten a personas paralíticas restablecer algunas funciones motoras. Para ello ha sido necesario registrar la actividad cerebral generada durante el movimiento de interés, con el fin de conocer y replicar el patrón de la señal. Otras interfaces cerebro-computadora basados en IA han sido exitosas, por ejemplo, el implante coclear ha permitido la audición a más de 200 mil personas (Zhang et al., 2020). El dispositivo registra ondas sonoras y las convierte en señales eléctricas que son transmitidas al cerebro. Otro ejemplo son las interfaces para personas cuadripléjicas (parálisis en las cuatro extremidades), la lesión medular es a nivel del cuello. Estas personas podrían tener cierta autonomía si usaran interfaces cerebro-computadora para generar movimientos. Para ello, es necesario primero conocer el patrón de actividad cerebral asociado a ciertas tareas y después, cuando aparezcan estos patrones en tiempo real, ordenar la acción de una neuroprótesis.

Todo este avance es muy esperanzador, pero la realidad es que esta tecnología aún está lejos de utilizarse en la clínica. Además, hasta ahora, las interfaces cerebro-computadora se han enfocado al control motor y auditivo, y poco se ha trabajado en el control de funciones viscerales como la micción.

Finalmente, se espera que, en un futuro no muy lejano, la IA pueda también ayudar a restablecer la micción de personas con lesión medular. En este sentido, se podrían implantar interfaces cerebro-computadora que conecten el centro pontino de la micción con la región lumbosacra espinal que controla la micción. También se podría trabajar a nivel periférico con interfaces que actúen en nervios y ganglios autonómicos que inervan la vejiga urinaria y la uretra. Para lograrlo, es necesario conocer el circuito nervioso y el patrón de la actividad eléctrica de la red nerviosa periférica que inerva ambos órganos.