Crean el mapa más detallado de un cacho de cerebro
Un equipo de neurocientíficos ha obtenido la mayor reconstrucción en 3D del cerebro realizada hasta la fecha. En concreto, se trata de un pedazo de corteza temporal del tamaño de medio grano de arroz en la que podemos ver con detalle sus 57.000 células y 150 millones de sinapsis.
Por la Universidad de Harvard
Seis capas de neuronas excitadoras codificadas por colores según la profundidad. Cortesía: Google Research and Lichtman Lab
Puede que un milímetro cúbico de tejido cerebral no parezca gran cosa. Pero teniendo en cuenta que ese diminuto cuadrado contiene 57.000 células, 230 milímetros de vasos sanguíneos y 150 millones de sinapsis, un volumen de material biológico que equivale a 1.400 terabytes de datos, los investigadores de Harvard y Google acaban de lograr algo estupendo.
Dirigido por Jeff Lichtman, catedráticde Biología Molecular y Celular y recién nombrado decano de Ciencias, el equipo de la Universidad de Harvard ha contribuido a crear la mayor reconstrucción tridimensional del cerebro realizada hasta la fecha. En ella, muestran con todo lujo de detalle cada célula y su red de conexiones en un trozo de corteza temporal del tamaño de la mitad de un grano de arroz.
La hazaña, publicada en la revista Science, es la última de una colaboración de casi una década con científicos de Google Research, que combinan las imágenes de microscopía electrónica de Lichtman con algoritmos de inteligencia artificial (IA) para codificar por colores y reconstruir el complejísimo cableado del cerebro de los mamíferos.
El objetivo del experimento es crear un mapa de alta resolución del cableado neuronal de todo el cerebro de un ratón.
Los tres primeros autores del artículo son Alexander Shapson-Coe, antiguo investigador postdoctoral de la Universidad de Harvard; Michał Januszewski, de Google Research, y Daniel Berger, investigador postdoctoral de la Universidad de Harvard.
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 mil veces la cantidad de datos que acaban de producir a partir del fragmento de corteza humana de un milímetro cúbico.
Esta muestra de tejido cerebral tiene 3 mm de grosor: las neuronas azules son las más cercanas a la superficie y el fucsia marca la capa más interna. Cortesía: GOOGLE RESEARCH & LICHTMAN LAB, HARVARD UNIVERSITY / D. BERGER (RENDERING)
“La palabra fragmento es irónica— afirma Lichtman. Y añade—: Un terabyte es, para la mayoría de la gente, gigantesco, y sin embargo un fragmento de cerebro humano —solo un minúsculo, pequeñísimo 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 cincuenta sinapsis. El equipo también observó rarezas en el tejido, como un pequeño número de axones que formaban extensas espirales. 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, incluidas las células individuales y el cableado. Estos mapas completos abrirían el camino a nuevos conocimientos sobre la función y las enfermedades del encéfalo, de las que los científicos aún saben muy poco.
Los algoritmos de IA 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.
Un algoritmo de aprendizaje automático trazó los caminos de las neuronas y otras células. Ilustración: D. Berger / Google Research & Lichtman Lab (Universidad de Harvard)
"Dada la enorme inversión realizada en este proyecto, era importante presentar los resultados de manera que cualquiera pueda beneficiarse de ellos— dice Viren Jain, colaborador de Google Research.
A continuación, el equipo abordará la formación del hipocampo del ratón, que es importante para la neurociencia por su papel en la memoria y las enfermedades neurológicas.
Información facilitada por la Universidad de Harvard -Adaptación: Enrique Coperías / Rexmolón Producciones
Fuente: Alexander Shapson-Coe et al. A petavoxel fragment of human cerebral cortex reconstructed at nanoscale resolution. Science (2024). DOI: 10.1126/science.adk4858
