Biomedicina

TR10: Un atlas del cerebro

El mapa recoge las estructuras del cerebro con muchísimo más detalle que nunca y en 3D

  • Jueves, 24 de abril de 2014
  • Por Courtney Humphries
  • Traducido por Lía Moya

Avance

Un mapa en alta resolución que muestra estructuras del cerebro humano de hasta 20 micrómetros.

Por qué importa

Para comprender cómo funciona el cerebro, los neurocientíficos necesitan un mapa detallado de su anatomía.

Actores clave

  • Katrin Amunts, Centro de Investigación Jülich (Alemania)
  • Alan Evans, Instituto Neurológio de Montreal (Canadá)
  • Karl Deisseroth, Universidad de Stanford (EEUU)

En los últimos años los neurocientíficos han logrado avances sorprendentes en la comprensión del funcionamiento del cerebro. Y en los próximos años, el Proyecto Europeo del Cerebro Humano intentará crear una simulación informática del órgano, mientras que la Iniciativa U.S. BRAIN intentará crear una imagen amplia de la actividad cerebral. Estos ambiciosos proyectos se beneficiarán muchísimo de un nuevo recurso: los mapas detallados y completos de la estructura del cerebro y sus regiones.


Una sección del mapa del cerebro humano creado por un equipo de investigadores internacionales que muestra detalles de hasta 20 micrómetros


Dentro del Proyecto Europeo del Cerebro Humano, un equipo internacional de investigadores dirigido por científicos alemanes y canadienses ha producido un atlas en 3D del cerebro que tiene una resolución 50 veces mayor que la de mapas similares anteriores. Para crear el atlas, en el que se ha invertido una década de trabajo, hubo que cortar un cerebro en miles de finas láminas y "coserlas" digitalmente de nuevo con la ayuda de superordenadores. Este mapa, que muestra detalles de hasta 20 micrómetros, el tamaño aproximado de muchas células humanas, es un importantísimo avance para comprender la anatomía en tres dimensiones del cerebro.

Como guía para la reconstrucción digital del cerebro, los investigadores, dirigidos por Kartin Amunts del Instituto de Investigación Jülich, usaron una máquina de resonancia magnética para sacar imágenes post mórtem del cerebro de una mujer de 65 años. Después, el cerebro se cortó en lonchas ultrafinas. Los científicos tintaron las secciones y sacaron imágenes de cada una en un escáner plano. Alan Evans y sus compañeros del Instituto Neurológico de Montreal organizaron las 7.404 imágenes resultantes en una serie de datos de aproximadamente un terabyte. Al cortarlo, el tejido se había doblado, rasgado y roto, así que Evans tuvo que corregir los defectos en las imágenes. También alineo cada una con su posición original en el cerebro. El resultado es hipnótico: un modelo del cerebro a través del cual se puede nadar, haciendo zoom para ver la colocación de células y tejidos.

A principios del siglo XX, un neuroanatomista alemán llamado Korbinian Brodmann dividió el córtex humano en casi 50 áreas distintas atendiendo a la estructura y organización de las secciones observadas bajo el microscopio. "Ese ha sido más o menos el marco de referencia que hemos usado durante cien años", explica Evans. Ahora él y sus colegas están rehaciendo el trabajo de Brodmann creando un mapa de los límites entre las regiones del cerebro. El resultado puede dar lugar a 100 o 200 áreas distintas, proporcionando a los científicos un mapa mucho más preciso para estudiar las distintas funciones del cerebro.

"En el futuro nos gustaría tener como referencia un cerebro que mostrara la resolución celular real", afirma Amunts, lo que supondría una resolución de uno o dos micrómetros y no de 20, como ahora. Ese es un objetivo de enormes proporciones por varios motivos. Uno es computacional: Evans afirma que un mapa del cerebro a esa escala podría contener varios petabytes de datos, algo que los ordenadores actuales no manejan fácilmente en tiempo real, aunque se muestra optimista respecto a que podrán hacerlo en el futuro. Otro es el problema físico: las láminas que se pueden cortar del cerebro tienen un grosor mínimo imprescindible.

Los avances podrían llegar gracias a nuevas técnicas que permitan a los científicos ver la colocación de células y fibras nerviosas dentro de tejido cerebral intacto a una resolución muy alta. Amunts está desarrollando una de estas técnicas, usando luz polarizada para reconstruir estructuras tridimensionales de las fibras nerviosas dentro del tejido cerebral. Y una técnica llamada Clarity desarrollada en el laboratorio del neurocientífico y bioingeniero de la Universidad de Stanford, Karl Deisseroth, permite a los científicos ver directamente las estructuras de las neuronas y los circuitos en un cerebro intacto. El cerebro, como cualquier otro tejido, suele ser opaco porque las grasas que contienen sus células bloquean el paso de la luz. Clarity derrite los lípidos, sustituyéndolos por una sustancia parecida a un gel que deja las demás estructuras intactas y visibles. Aunque Clarity se puede usar sobre un cerebro de ratón completo, el cerebro humano es demasiado grande como para poder estudiarlo completo e intacto con la versión existente de la tecnología. Pero Deisseroth afirma que la técnica ya se puede usar sobre bloques de tejido cerebral humano miles de veces más grandes que las finas láminas estudiadas por Amunts y Evans, lo que facilita la reconstrucción en 3D y minimiza los errores. Y Evans afirma que aunque ahora mismo Clarity y las imágenes mediante luz polarizada proporcionan una resolución fantástica para trozos del cerebro, "en el futuro esperamos que se pueda ampliar hasta el tamaño de un cerebro humano completo",

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