Un equipo científico cartografía el cerebro de un ratón para conseguir entender el humano
Gracias a un ratón que veía fragmentos de 'Matrix', entre otras joyas audiovisuales, los científicos han creado el mayor mapa funcional de un cerebro hasta la fecha: un diagrama neurológico parcial con hasta 84.000 neuronas emitiendo mensajes entre ellas. A partir de una porción del cerebro de este roedor cinéfilo, del tamaño de una semilla de amapola, los investigadores han identificado dichas neuronas y trazado cómo se comunican a través de 500 millones de uniones o sinapsis.
El enorme conjunto de datos, publicado el miércoles por la revista 'Nature', supone un paso adelante para desentrañar el misterio del funcionamiento de nuestro cerebro. Los datos, ensamblados en una reconstrucción 3D a color para delinear los distintos circuitos cerebrales, están abiertos a científicos de todo el mundo para generar investigaciones adicionales, o para que los simples mortales puedan echar un vistazo.
"Definitivamente produce una sensación de asombro, al igual que ver imágenes de las galaxias", afirma Forrest Collman, del Instituto Allen de Ciencias Cerebrales de Estados Unidos, uno de los principales investigadores del proyecto. "Uno se hace una idea de lo complicado que es (...) con la belleza y complejidad que se puede ver en estas neuronas y en los cientos de millones de conexiones entre ellas".
La forma en la que pensamos, sentimos, vemos, hablamos y nos movemos se debe a las neuronas del cerebro y en cómo se activan y se envían mensajes entre sí. Los científicos saben desde hace tiempo que esas señales se mueven desde una neurona a otra a lo largo de fibras llamadas axones y dendritas, empleando la sinapsis para saltar a la siguiente.
Pero se sabe menos sobre las redes de neuronas que realizan determinadas tareas, o sobre cómo las alteraciones de ese cableado podrían desempeñar un papel en el Alzhéimer, el autismo u otros trastornos. Con este nuevo proyecto, un equipo internacional de más de 150 investigadores ha cartografiado conexiones neuronales que Collman compara con piezas de espagueti enredadas que serpentean por una parte del cerebro de los roedores.
¿Cómo han cartografiado los científicos el cerebro de los ratones?
El primer paso supuso mostrar a un ratón fragmentos de películas de ciencia ficción, deportes, animación y naturaleza. Así lo hizo un equipo del Baylor College of Medicine (EE.UU.), utilizando un ratón modificado con un gen que hace que sus neuronas brillen cuando están activas.
Los investigadores utilizaron un microscopio láser para registrar cómo se iluminaban las células de la corteza visual del animal al procesar las imágenes. A continuación, los científicos del Instituto Allen analizaron ese pequeño trozo de tejido cerebral utilizando una herramienta especial para dividirlo en más de 25.000 capas y tomar casi 100 millones de imágenes de alta resolución con microscopios electrónicos. A continuación, volvieron a ensamblar minuciosamente los datos en 3D.
Por último, los científicos de de la Universidad de Princeton (EE.UU.) utilizaron inteligencia artificial (IA) para rastrear todo ese cableado y "pintar cada uno de los cables de un color distinto para poder identificarlos individualmente", explica Collman. Los expertos calculan que el cableado microscópico, si se trazara, mediría más de 5 km.
¿Qué implicaciones tiene esta investigación para la humanidad?
Entonces, ¿podría este tipo de cartografía ayudar a los científicos a encontrar tratamientos para las enfermedades cerebrales? Los investigadores lo consideran un paso inicial como ocurrió con el Proyecto Genoma Humano, que proporcionó los primeros mapas genéticos y dio lugar a tratamientos basados en los genes.
Uno de los próximos objetivos es cartografiar el cerebro completo de un ratón. "Las tecnologías desarrolladas por este proyecto nos darán la primera oportunidad de identificar realmente algún tipo de patrón anómalo de conectividad que dé lugar a un trastorno", afirma Sebastian Seung, neurocientífico e informático de Princeton y otro de los principales investigadores del proyecto.
El trabajo "supone un gran paso adelante y ofrece un recurso comunitario inestimable para futuros descubrimientos", escriben los neurocientíficos de Harvard, Mariela Petkova y Gregor Schuhknecht, quienes no participaron en el proyecto. Los enormes datos compartidos públicamente "ayudarán a desentrañar las complejas redes neuronales que subyacen a la cognición y el comportamiento", concluyen.