Con muestra del tamaño de medio grano de arroz crean mapa en 3D del cerebro humano
Un equipo de investigadores de la Universidad Harvard en colaboración con Google Research recrearon por primera vez un milímetro cúbico del cerebro humano en tercera dimensión, que revela de manera única las conexiones neuronales.
Este mapa fue creado con una muestra de tejido cerebral del tamaño de medio grano de arroz, informó el buscador de Internet en un comunicado.
La imagen es parte de un proyecto de neurociencia que describe cada célula de ese órgano. Pese al tamaño de la muestra, se requirieron millones de unidades de almacenamiento de información para codificarse, incluidas aproximadamente 16 mil neuronas, 8 mil células de vasos sanguíneos y 150 millones de conexiones neuronales.
El tejido empleado en la investigación se extrajo durante una cirugía de una persona con epilepsia. El equipo, encabezado por Jeff Lichtman, de la Universidad Harvard, usó un microscopio electrónico de barrido que utiliza un haz de electrones en lugar de uno de luz para formar una imagen y así recopilar figuras de alta resolución; solo la adquisición de imágenes requirió 326 días.
Luego, las herramientas del equipo de Google Research unieron y alinearon los datos de la imagen, reconstruyeron la estructura tridimensional de cada célula, identificaron conexiones sinápticas y clasificaron tipos de células. La reconstrucción reveló varias sorpresas.
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Se encontró una clase de conexiones raras, pero extremadamente poderosas, en la que un par de neuronas pueden estar conectadas por más de 50 enlaces individuales. Mientras 96.5 por ciento de los contactos de las células tienen una sola unión neuronal, pero 0.092 por ciento tiene cuatro o más.
La conformación de esas conexiones combinada con un análisis estadístico que sugiere que no son el resultado del azar, sino estos pares tenían una razón para estar conectados más fuertemente de lo habitual. Quizás esas fuertes conexiones sean la forma en que el cerebro logra respuestas rápidas o la manera de codificar recuerdos muy importantes.
Otra rareza descubierta fue la aparición de los verticilos de axón, estructuras hermosas pero misteriosas en las que un axón (parte de las neuronas que transportan los impulsos nerviosos) se envuelve en complicados nudos. Estos eran raros en la muestra y a veces ocurrían en la superficie de otra célula, de tal modo que no se sabe hasta ahora su función.
El hecho de que la muestra de tejido cerebral provenga de alguien con epilepsia plantea la cuestión de si estas características inusuales están relacionadas con la enfermedad o con los productos farmacéuticos que se toman para tratarla, en lugar de ser comunes al cerebro humano.
Aunque no hubo indicios sustanciales de patología al observar la muestra con un microscopio óptico, no se puede descartar esa posibilidad. Repetir este análisis para otras muestras de tejido que resultan del tratamiento de otros trastornos podría ayudar a poner los hallazgos en un contexto.
La herramienta utilizada para interactuar con los datos del tejido cerebral fue Neuroglancer, plataforma digital creada para la reconstrucción del cerebro de la mosca de la fruta, que permite a los usuarios explorar el conjunto de datos, incluidas las anotaciones de tipo de célula generadas por inteligencia artificial.
Casi una década
Este trabajo, de casi una década, es la reproducción más grande y detallada del cerebro humano hasta la fecha. El estudio se publicó en la revista Science.
El equipo de Google Research busca ampliar la conectómica (nueva disciplina que busca obtener un mapa de las conexiones entre neuronas) al hipocampo del ratón con socios de Harvard, Princeton y otras universidades. Además, junto con socios del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria propusieron recientemente un método para el mapeo conectómico mediante microscopios ópticos.
También comenzaron un estudio más intensivo del tejido asociado con enfermedades neurológicas, como el Alzheimer, para comprender mejor los posibles cambios estructurales asociados con estas devastadoras condiciones.
El cerebro no utiliza más energía que una tenue bombilla incandescente, pero puede lograr hazañas que aún no son posibles con los sistemas informáticos artificiales más grandes. Entender cómo, requiere un nivel de comprensión más profundo que saber qué parte del cerebro es responsable de qué función.
