Investigadores de Harvard y Google publicaron el mapa más detallado de tejido cerebral jamás creado.
El cerebro humano es uno de los objetos más importantes del mundo, y también uno de los más complejos. Sin embargo, esos tres kilos de tejido que median cada momento de nuestras vidas, cada decisión, cada reflejo, cada emoción, siguen siendo esencialmente un misterio para los científicos. Un reciente esfuerzo conjunto de los equipos de investigación de Harvard y Google ha extraído una increíble cantidad de datos de solo 3 mm de tejido cerebral.
Con el modelado de aprendizaje automático, el equipo creó el mapa de tejido cerebral de mayor resolución del mundo. Este mapa cerebral permite a los investigadores ver 57.000 células y 150 millones de sinapsis, que son conexiones entre las neuronas.
Si bien el tejido cerebral era solo del tamaño de medio grano de arroz, los datos en bruto producidos por el estudio equivalen a 2.800 computadoras portátiles de capacidad de almacenamiento o 14.000 películas de larga duración.
«Es un poco humillante», dijo Viren Jain, coautor del estudio y neurocientífico de Google, a Nature News. «¿Cómo vamos a llegar a un acuerdo con toda esta complejidad?»
Los investigadores han publicado abiertamente los 1,4 petabytes de datos en bruto para que cualquiera pueda usar y revisar los datos por sí mismo para desenredar algunas de las complejidades del cerebro.
El tejido cerebral proviene de una mujer de 45 años que se había sometido a una cirugía para tratar su epilepsia. Este fue un caso raro de tejido cerebral vivo para que los investigadores lo preservaran en resina, ya que las biopsias cerebrales son raras y, por lo general, solo de tumores.
Además, los cadáveres, que a menudo se utilizan en la investigación médica, no son útiles porque los cerebros se descomponen rápidamente.
Una vez que los científicos habían preservado el tejido, tuvieron que cortarlo en 5.000 rodajas de 30 nanómetros de grosor. Esas rodajas se examinaron a través de un microscopio electrónico hecho específicamente para este estudio.
Esto tomó más de un año, pero luego la inteligencia artificial se encargó de reconstruir las imágenes correctamente, asegurándose de que cada neurona tuviera las sinapsis correctas conectadas a ella.
La reconstrucción en 3D, completa con todos los elementos tisulares como las células gliales, la vasculatura sanguínea y la vaina de mielina que envuelve la neurona, ya ha producido resultados sorprendentes.
Jeff Lichtman, el biólogo molecular y celular que dirige el laboratorio de Harvard que trabajó en el proyecto, comparte que «había tantas cosas en él que eran incompatibles con lo que se leería en un libro de texto».
Uno de los hallazgos más intrigantes son las múltiples neuronas conectadas a muchas sinapsis, incluyendo, en un caso, que el 50,96% de las neuronas solo se conectan a una sinapsis y el 99% tiene menos de tres conexiones sinapsis.
Los científicos no están seguros de lo que significan estas neuronas extraconectadas, pero la teoría actual es que así podría ser como se ve una respuesta bien aprendida que requiere poca reflexión. Por ejemplo, mover el pie para frenar está tan arraigado en la mente de los conductores experimentados que no están pensando conscientemente en ello.
Varios otros hechos que sorprendieron a los científicos incluyen el hecho de que las neuronas piramidales, que tienen dendritas, las ramas que transportan la información lejos de una neurona, son simétricas. Además, encontraron axones (ramas que llevan información de una sinapsis al cuerpo celular) que formaban verticilos, yendo en círculos alrededor de sí mismos, que nunca antes se habían visto. Es fácil ver cómo, con más ojos revisando a fondo los datos, se abrirán muchos más caminos para la investigación de las neuronas.
Los mapas cerebrales se han creado antes, comenzando en 1986 cuando se mapearon 302 neuronas en un gusano redondo. Poco a poco se han creado mapas más complejos de otras especies, pero se necesitarán años y avances tecnológicos para que el cerebro humano esté completamente mapeado con esta resolución.
Hasta entonces, el equipo ha mapeado el hipocampo de un ratón, que tiene un cerebro bastante similar al de los humanos en términos de estructura y composición neuronal. Si tiene éxito, un cerebro de ratón mapeado puede dar una idea de cómo aprenden los humanos e incluso el libre albedrío.
