Este es el mapa de todas las conexiones de (una parte) del cerebro

Los investigadores publican el mayor conjunto de datos de conexiones neuronales de la historia

Se suele decir que la mayor parte de lo que ocurre en el cerebro es un misterio, pero esto se debe a su inmensidad. El cerebro humano es la estructura viva más compleja que se conoce.

Puede que un milímetro cúbico de tejido cerebral no parezca mucho. Pero teniendo en cuenta que ese diminuto cuadrado contiene 57.000 células, 230 milímetros de vasos sanguíneos y 150 millones de sinapsis, todo lo cual equivale a 1.400 terabytes de datos, los investigadores de Harvard y Google acaban de lograr algo enorme.

Un equipo de Harvard dirigido por Jeff Lichtman, catedrático Jeremy R. Knowles de Biología Molecular y Celular y recién nombrado decano de Ciencias de la Universidad de Harvard, ha creado, junto con investigadores de Google, la mayor reconstrucción 3D con resolución sináptica de un fragmento de cerebro humano hasta la fecha, mostrando con todo detalle cada célula y su red de conexiones neuronales en un fragmento de corteza temporal humana de aproximadamente la mitad del tamaño de un grano de arroz.

La hazaña, publicada en Science, es la última de una colaboración de casi 10 años con científicos de Google Research, que combinan las imágenes de microscopía electrónica de Lichtman con algoritmos de inteligencia artificial para codificar por colores y reconstruir el complejísimo cableado del cerebro de los mamíferos.

Hacia un mapa completo del cerebro

El objetivo último de la colaboración, financiada por la Iniciativa BRAIN de los Institutos Nacionales de la Salud, es crear un mapa de alta resolución del cableado neuronal de todo el cerebro de un ratón, lo que supondría unas 1.000 veces la cantidad de datos que acaban de producir a partir del fragmento de corteza humana de un milímetro cúbico.

«La palabra ‘fragmento’ es irónica», afirma Lichtman. «Un terabyte es, para la mayoría de la gente, gigantesco, pero un fragmento de cerebro humano -un minúsculo trocito de cerebro humano- sigue siendo miles de terabytes».

El último mapa publicado en Science contiene detalles nunca vistos de la estructura cerebral, incluido un raro pero potente conjunto de axones conectados por hasta 50 sinapsis. El equipo también observó rarezas en el tejido, como un pequeño número de axones que formaban extensos verticilos. Dado que la muestra procedía de un paciente con epilepsia, no están seguros de si estas formaciones inusuales son patológicas o simplemente raras.

El campo de Lichtman es la «conectómica», que, de forma análoga a la genómica, trata de crear catálogos completos de la estructura cerebral, hasta las células individuales y el cableado. Estos mapas completos abrirían el camino a nuevos conocimientos sobre la función y las enfermedades cerebrales, de las que los científicos aún saben muy poco.

Los algoritmos de IA de última generación de Google permiten reconstruir y cartografiar el tejido cerebral en tres dimensiones. El equipo también ha desarrollado un conjunto de herramientas de acceso público que los investigadores pueden utilizar para examinar y anotar el conectoma.

«Dada la enorme inversión realizada en este proyecto, era importante presentar los resultados de forma que cualquier persona pudiera beneficiarse de ellos», afirma Viren Jain, colaborador de Google Research.

A continuación, el equipo abordará la formación del hipocampo del ratón, importante para la neurociencia por su papel en la memoria y las enfermedades neurológicas.

REFERENCIA

A petavoxel fragment of human cerebral cortex reconstructed at nanoscale resolution

IMAGEN: SEIS CAPAS DE NEURONAS EXCITADORAS CODIFICADAS POR COLORES SEGÚN LA PROFUNDIDAD. CRÉDITO: GOOGLE RESEARCH Y LABORATORIO LICHTMAN