Científicos mapean una parte del cerebro de un ratón tan compleja que parece una galaxia

WASHINGTON (AP) — Gracias a un ratón que veía videos de "The Matrix", los científicos han creado el mapa funcional más grande de un cerebro hasta la fecha: un diagrama del cableado que conecta 84.000 neuronas mientras envían mensajes.

Usando un pedazo del cerebro de ese ratón del tamaño de una semilla de amapola, los investigadores identificaron esas neuronas y rastrearon cómo se comunicaban a través de fibras ramificadas a través de sorprendentes 500 millones de uniones llamadas sinapsis.

El enorme conjunto de datos, publicado el miércoles por la revista Nature, marca un paso hacia el desentrañamiento del misterio de cómo funcionan nuestros cerebros. Los datos, ensamblados en una reconstrucción 3D coloreada para delinear diferentes circuitos cerebrales, están abiertos a científicos de todo el mundo para investigaciones adicionales, y para los simplemente curiosos que deseen echar un vistazo.

"Definitivamente inspira una sensación de asombro, al igual que mirar imágenes de las galaxias", afirmó Forrest Collman del Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro en Seattle, uno de los investigadores principales del proyecto. "Te da una idea de lo complicado que eres. Estamos mirando una pequeña parte... del cerebro de un ratón y la belleza y complejidad que puedes ver en estas neuronas reales y los cientos de millones de conexiones entre ellas".

Cómo pensamos, sentimos, vemos, hablamos y nos movemos se debe a las neuronas, o células nerviosas, en el cerebro: cómo se activan y envían mensajes entre sí. Los científicos han sabido durante mucho tiempo que esas señales se mueven de una neurona a lo largo de fibras llamadas axones y dendritas, usando sinapsis para saltar a la siguiente neurona. Pero se sabe menos sobre las redes de neuronas que realizan ciertas tareas y cómo las interrupciones de ese cableado podrían desempeñar un papel en el alzheimer, el autismo u otros trastornos.

"Puedes hacer mil hipótesis sobre cómo las células cerebrales podrían hacer su trabajo, pero no puedes probar esas hipótesis a menos que sepas quizás lo más fundamental: cómo están conectadas esas células", dijo el científico del Instituto Allen Clay Reid, quien ayudó en la primera microscopía electrónica para estudiar conexiones neuronales.

Con el nuevo proyecto, un equipo mundial de más de 150 investigadores mapeó conexiones neuronales que Collman compara con piezas enredadas de espagueti que serpentean a través de parte del cerebro del ratón responsable de la visión.

El primer paso: mostrar a un ratón fragmentos de video de películas de ciencia ficción, deportes, animación y naturaleza.

Un equipo del Colegio de Medicina Baylor hizo precisamente eso, usando un ratón diseñado con un gen que hace que sus neuronas brillen cuando están activas. Los investigadores usaron un microscopio impulsado por láser para registrar cómo las células individuales en la corteza visual del animal se iluminaban mientras procesaban las imágenes que pasaban.

A continuación, los científicos del Instituto Allen analizaron ese pequeño pedazo de tejido cerebral, usando una herramienta especial para cortarlo en más de 25.000 capas, cada una mucho más delgada que un cabello humano. Con microscopios electrónicos, tomaron casi 100 millones de imágenes de alta resolución de esas secciones, iluminando esas fibras parecidas a espaguetis y reensamblando meticulosamente los datos en 3D.

Finalmente, los científicos de la Universidad de Princeton usaron inteligencia artificial para rastrear todo ese cableado y "pintar cada uno de los cables individuales de un color diferente para que podamos identificarlos individualmente", explicó Collman.

Estimaron que ese cableado microscópico, si se extendiera, mediría más de 5 kilómetros (3 millas). Lo importante es que al emparejar toda esa anatomía con la actividad en el cerebro del ratón mientras veía películas, los investigadores pudieron rastrear cómo funcionaba el circuito.

Los investigadores de Princeton también crearon copias digitales en 3D de los datos que otros científicos pueden usar para desarrollar nuevos estudios.

¿Podría este tipo de mapeo ayudar a los científicos a encontrar eventualmente tratamientos para enfermedades cerebrales? Los investigadores lo llaman un paso fundamental, como el Proyecto Genoma Humano que proporcionó el primer mapeo de genes y eventualmente condujo a tratamientos basados en genes. Mapear un cerebro de ratón completo es uno de los próximos objetivos.

"Las tecnologías desarrolladas por este proyecto nos darán nuestra primera oportunidad de identificar realmente algún tipo de patrón anormal de conectividad que dé lugar a un trastorno", dijo en un comunicado otro de los investigadores principales del proyecto, el neurocientífico y científico informático de Princeton Sebastian Seung.

El trabajo "marca un gran avance y ofrece un recurso comunitario invaluable para futuros descubrimientos", escribieron los neurocientíficos de Harvard Mariela Petkova y Gregor Schuhknecht, quienes no participaron en el proyecto.

Los enormes datos compartidos públicamente "ayudarán a desentrañar las complejas redes neuronales subyacentes a la cognición y el comportamiento", añadieron.

El consorcio de Inteligencia de Máquinas de Redes Corticales (MICrONS) fue financiado por la Iniciativa BRAIN de los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos y IARPA, la Actividad de Proyectos de Investigación Avanzada de Inteligencia.

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