El cerebro es el órgano más complejo del cuerpo humano. Por eso, durante décadas, los científicos han buscado distintas pistas que nos permitan comprenderlo mejor su estructura y funcionamiento. Para que se haga una idea del enorme desafío al que se enfrentan, basta con saber que un fragmento de tejido neuronal del tamaño de un grano de arena podría contener decenas de miles de neuronas, conectadas entre sí por cientos de millones de sinapsis.
En medio de esta ardua tarea, un grupo de más de 100 investigadores del proyecto MICrONS - conformado por científicos del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro, la Universidad de Princeton y el Baylor College of Medicine - logró una hazaña: elaborar el mapa de conexiones cerebrales más completo hasta la fecha. Lo consiguieron tras registrar la actividad celular y de mapear la estructura de un milímetro cúbico del cerebro de un ratón.
Para ello, los investigadores se centraron en una región específica del cerebro del ratón: la que recibe señales visuales y reconstruye lo que el ratón ve. En una primera etapa, registraron la actividad neuronal de esa zona mientras el animal observaba vídeos de distintos paisajes.
Luego, diseccionaron el cerebro del ratón , lo rociaron con sustancias endurecedoras y extrajeron 28.000 cortes del bloque de tejido, capturando una imagen de cada uno.
“El equipo creó y diseñó herramientas para permitir la reconstrucción neuronal densa a gran escala. Al final, se cartografió 200.000 neuronas y otros tipos de células cerebrales, junto con 523 millones de conexiones neuronales”, detallan en el estudio publicado en la revista Nature.
En este trabajo, los investigadores desarrollaron métodos automatizados de corrección para identificar características de las neuronas. Además, para evitar que la gestión de datos fuera un problema, diseñaron un motor de control de versiones. Este fue creado específicamente para datos conectómicos, que son aquellos que se centran en las redes neuronales del cerebro. En total, reunieron 1,6 petabytes de datos, equivalentes a 22 años de video de alta definición continuo.
Con estos datos, el equipo se propuso mapear las conexiones entre células. Para ello, explican en la revista, “proporcionaron un atlas de conexiones inhibitorias en la corteza cerebral que muestran una notable especificidad en las conexiones de diferentes tipos celulares”.
Lo más innovador, resaltan en la publicación, es que al analizar los datos “descubrieron patrones en el cableado cerebral que habían pasado desapercibidos hasta ahora. Identificaron, por ejemplo, distintos tipos de neuronas inhibidoras que se conectan únicamente con ciertos tipos de neuronas”.
Además de este mapa, los científicos obtuvieron imágenes funcionales de un amplio subconjunto de células. Esto, explica Nature, “resultó en un conjunto de datos conectómicos (conexiones ente células) funcionales que abarca múltiples áreas corticales. Esto brinda una oportunidad sin precedentes para relacionar la estructura con la función”.
El siguiente objetivo del equipo es aún más ambicioso: mapear el cerebro completo de un ratón.
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