A partir de una diminuta muestra de tejido, no mayor que una semilla de chía, científicos han logrado un objetivo que en el pasado parecía inalcanzable: dibujar un mapa de alta resolución de la estructura y las conexiones entre las células cerebrales de un ratón, un "hito" para la neurociencia.
Esto ha sido posible gracias al trabajo de siete años de un equipo de más de 150 neurocientíficos e investigadores de diversas instituciones, agrupados en el proyecto MICrONS. Aún basado en datos de un solo milímetro cúbico de tejido, este diagrama —aseguran los científicos— es el más grande y detallado del cerebro de un mamífero hasta la fecha.
El esquema de cableado y sus datos, con alrededor de 84 mil neuronas y unos 500 millones de sinapsis, están disponibles gratuitamente a través del Explorador MICrONS, con un tamaño de 1.6 petabytes (equivalente a 22 años de video HD continuo). Estos ofrecen "información sin precedentes" sobre la función cerebral y la organización del sistema visual.
¿Cómo fue el hallazgo?
Usando un pedazo del cerebro de ese ratón del tamaño de una semilla de amapola, los investigadores identificaron esas neuronas y rastrearon cómo se comunicaban por medio de fibras ramificadas a través de sorprendentes 500 millones de uniones llamadas sinapsis.
El enorme conjunto de datos, publicado el miércoles por la revista Nature, marca un paso hacia el desentrañamiento del misterio de cómo funcionan nuestros cerebros. Los datos, ensamblados en una reconstrucción 3D coloreada para delinear diferentes circuitos cerebrales, están abiertos a científicos de todo el mundo para investigaciones adicionales, y para los simplemente curiosos que deseen echar un vistazo.
"Definitivamente inspira una sensación de asombro, al igual que mirar imágenes de las galaxias", afirmó Forrest Collman del Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro en Seattle, uno de los investigadores principales del proyecto.
"Te da una idea de lo complicado que eres. Estamos mirando una pequeña parte... del cerebro de un ratón y la belleza y complejidad que puedes ver en estas neuronas reales y los cientos de millones de conexiones entre ellas".
Cómo pensamos, sentimos, vemos, hablamos y nos movemos se debe a las neuronas, o células nerviosas, en el cerebro: cómo se activan y envían mensajes entre sí.
Los científicos han sabido durante mucho tiempo que esas señales se mueven de una neurona a lo largo de fibras llamadas axones y dendritas, usando sinapsis para saltar a la siguiente neurona. Pero se sabe menos sobre las redes de neuronas que realizan ciertas tareas y cómo las interrupciones de ese cableado podrían desempeñar un papel en el alzheimer, el autismo u otros trastornos.
"Puedes hacer mil hipótesis sobre cómo las células cerebrales podrían hacer su trabajo, pero no puedes probar esas hipótesis a menos que sepas quizás lo más fundamental: cómo están conectadas esas células", dijo el científico del Instituto Allen Clay Reid, quien ayudó en la primera microscopía electrónica para estudiar conexiones neuronales.
Con el nuevo proyecto, un equipo mundial de más de 150 investigadores mapeó conexiones neuronales que Collman comparó con piezas enredadas de espagueti que serpentean a través de la parte del cerebro del ratón responsable de la visión.
Ratón vio películas de ciencias ficción
El primer paso: mostrar a un ratón fragmentos de video de películas de ciencia ficción, deportes, animación y naturaleza.
Un equipo del Colegio de Medicina Baylor hizo precisamente eso, usando un ratón diseñado con un gen que hace que sus neuronas brillen cuando están activas.
Los investigadores usaron un microscopio impulsado por láser para registrar cómo las células individuales en la corteza visual del animal se iluminaban mientras procesaban las imágenes que pasaban.
A continuación, los científicos del Instituto Allen analizaron ese pequeño pedazo de tejido cerebral, usando una herramienta especial para cortarlo en más de 25 mil capas, cada una mucho más delgada que un cabello humano. Con microscopios electrónicos, tomaron casi 100 millones de imágenes de alta resolución de esas secciones, iluminando esas fibras parecidas a espaguetis y reensamblando meticulosamente los datos en 3D.
Finalmente, los científicos de la Universidad de Princeton usaron inteligencia artificial para rastrear todo ese cableado y "pintar cada uno de los cables individuales de un color diferente para que podamos identificarlos individualmente", explicó Collman.
Estimaron que ese cableado microscópico, si se extendiera, mediría más de 5 kilómetros (3 millas). Lo importante es que al emparejar toda esa anatomía con la actividad en el cerebro del ratón mientras veía películas, los investigadores pudieron rastrear cómo funcionaba el circuito.
Los investigadores de Princeton también crearon copias digitales en 3D de los datos que otros científicos pueden usar para desarrollar nuevos estudios.
¿Avance hacia la medicina cerebral">
-
Te recomendamos
Morir ya no es el final: el programa pionero de donación de cuerpos de la UNAM
Ciencia y Salud
ksh
