Científicos de Harvard e investigadores de Google crearon la reconstrucción 3D más grande del cerebro humano hasta la fecha.
Aunque sólo es un milímetro cúbico de tejido cerebral, el mapeo contiene 57 mil células, 230 milímetros de vasos sanguíneos, 150 millones de sinapsis y representa 1400 terabytes de datos.
El trabajo pionero fue dirigido por el Dr. Jeff Lichtman, neurocientífico y profesor de biología molecular y celular especializado en conectómica. Este es un campo bastante nuevo dedicado a la creación de catálogos completos de la estructura del cerebro hasta el nivel de las células individuales. Se cree que mapas tan intrincados podrían revelar conocimientos invaluables sobre la función cerebral y las enfermedades, que siguen siendo en gran medida enigmáticas para los científicos y profesionales de la salud.
Que hicieron
El mapa resalta una minúscula porción de la corteza temporal a nivel celular, revelando cada conexión neuronal dentro de un área equivalente a medio grano de arroz. Incluye detalles nunca antes vistos de la estructura del cerebro, como un raro pero poderoso conjunto de fibras delgadas que permiten que las células nerviosas se comuniquen y transmitan impulsos eléctricos.
Para crear este mapa, los investigadores obtuvieron una muestra de cerebro de un paciente con epilepsia sometido a una cirugía para tratar una lesión en el hipocampo. Utilizaron un microscopio electrónico de sección en serie de alto rendimiento para obtener imágenes de la muestra.
El conjunto de datos permitió al equipo reconstruir miles de neuronas, más de 100 millones de conexiones sinápticas y todos los demás elementos tisulares que componen el cerebro humano, incluidas las células gliales (que rodean las neuronas y las mantienen en su lugar), los vasos sanguíneos y la mielina (una capa protectora de grasa alrededor de los nervios).
Si bien los hallazgos de la investigación se publicaron originalmente en la revista Science, el equipo también puso los datos a disposición gratuita en línea, proporcionando herramientas para análisis y correcciones adicionales.
Lo que aprendieron
La reconstrucción del cerebro permitió al equipo de investigación obtener importantes conocimientos sobre la composición del cerebro humano. El análisis reveló que las células gliales, que son parte del cerebro y del sistema nervioso pero distintas de las neuronas, superaban en número a las neuronas dos a uno. A diferencia de las neuronas que transmiten impulsos nerviosos, las células gliales desempeñan un papel crucial en la función de las sinapsis y pueden influir en el procesamiento de la información.
Análisis más detallados mostraron que los oligodendrocitos, un tipo de célula glial responsable de generar y mantener la vaina de mielina alrededor de las fibras nerviosas, son el tipo de célula más abundante. Una vaina de mielina formada adecuadamente es esencial, ya que su ausencia puede provocar diversos trastornos neurológicos caracterizados por problemas de movilidad, visión, función intestinal o de la vejiga —siendo la esclerosis múltiple un ejemplo común de enfermedad desmielinizante.
El equipo también identificó una clase de neuronas no reconocida previamente, así como «entradas axonales raras y poderosas» que involucran hasta 50 sinapsis.
«Este trabajo proporciona evidencia de la viabilidad de los enfoques conectómicos humanos para visualizar y, en última instancia, obtener información sobre los fundamentos físicos de la función cerebral humana normal y desordenada», escribieron los investigadores.
El objetivo final es crear un mapa completo de alta resolución del cableado neuronal en el cerebro de un ratón, un proyecto que implicaría aproximadamente mil veces más datos que el trozo de corteza humana de 1 milímetro cúbico analizado. Esta ambiciosa iniciativa cuenta con el apoyo de la Iniciativa de investigación del cerebro mediante el avance de neurotecnologías innovadoras, o Iniciativa BRAIN. «A nivel de células y sinapsis, todos los cerebros de los mamíferos son básicamente iguales», dijo el Dr. Lichtman.
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