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El mapa del cableado neuronal de un mamífero, el próximo gran reto de la neurociencia

Dirigidos por la Universidad de Harvard, en Estados Unidos, los científicos se concentrarán en la región del hipocampo

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  • Una técnico de laboratorio. -

La neurociencia ha funcionado en su mayor parte con mapas muy parciales de las conexiones neuronales y la publicación el año pasado de la larva de la mosca del vinagre supuso un gran hito. Ahora, un proyecto en el que participa Google va a dar un paso más y cartografiará una fracción del cerebro del ratón.

Dirigidos por la Universidad de Harvard, en Estados Unidos, los científicos se concentrarán en la región del hipocampo, responsable de la codificación de recuerdos, la atención y la navegación espacial. El objetivo, mapear en cinco años entre el 2-3 % del cerebro de este mamífero, señala a EFE el investigador Viren Jain, del equipo de Conectómica de Google Research.

Aun siendo una fracción minúscula supone un inmenso reto de la neurociencia, por los desarrollos tecnológicos que conlleva, y significará un importantísimo paso para lograr en un futuro el mapa completo del cableado neuronal del ratón y más adelante el humano.

El cerebro de un ratón, explica Viren Jain, mide entre 400 y 500 milímetros cúbicos, por lo que incluso ese 2-3 % representa un esfuerzo diez veces mayor que todo lo que se ha hecho hasta ahora. 

Primeros intentos en los 70

El conectoma es el diagrama de las conexiones neuronales y sin él no se puede entender cómo funciona el cerebro. El primer intento de cartografiar uno, un trabajo de 14 años en el gusano redondo, comenzó en los 70 y dio como resultado un mapa parcial y un nobel -por este y por otros logros- a Sydney Brenner, John Sulston y Bob Horvitz.

Desde entonces, se han mapeado conectomas de una minúscula fracción del cerebro en muchos sistemas, como moscas, ratones e incluso seres humanos, y únicamente se han conseguido mapas completos de especies pequeñas, con unos pocos cientos o miles de neuronas: gusano redondo, larva de ascidias y larva de anélido marino.

El gran paso no se dio hasta el año pasado, cuando la revista Science publicó el conectoma cerebral completo de la larva de "Drosophila melanogaster" (mosca del vinagre o fruta), el más extenso hasta la fecha, después de 12 años de un largo y laborioso trabajo.

La mosca del vinagre es uno de los principales modelos en ciencia porque comparte gran parte de su biología fundamental con los humanos y también lo es el ratón, de ahí la necesidad de lograr su conectoma.

Para ello, y con el apoyo de la iniciativa BRAIN de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de Estados Unidos, Harvard lidera un proyecto (dentro de BRAIN Connects) en el que, entre otros, participan Google, el Instituto Tecnológico de Massachusetts, la Universidad de Cambridge o la de Princeton. 

Tecnología puntera

Google Research, que -entre otros- ya intervino en 2021 en cartografiar un milímetro cúbico del cerebro humano, contribuye a este esfuerzo con recursos computacionales y analíticos; no recibe financiación de los NIH.

En concreto, detalla Jain, el equipo de Conectómica trabaja para desarrollar nuevos programas y técnicas informáticas (algoritmos) que hagan más eficiente el proceso de cartografía cerebral, así como los recursos computacionales -almacenamiento y procesamiento en la nube- para procesar los datos.

En cuanto a si existe ya la tecnología para conseguir el conectoma del ratón, el experto de Google relata que existen pruebas de concepto para muchos aspectos del proyecto, pero habrá que desarrollar muchas técnicas adicionales y perfeccionar y probar rigurosamente todas las tecnologías a una escala mucho mayor de lo hecho hasta ahora.

"Como ocurre con cualquier proyecto ambicioso, es casi seguro que conducirá a nuevos retos técnicos inesperados y difíciles".

En primer lugar, se necesita algún proceso para obtener imágenes del tejido cerebral con resolución nanométrica en 3D; en este caso, una forma de microscopía electrónica 3D. De esta parte se encargan Harvard y Princeton.

Además, se precisan técnicas computacionales para rastrear neuronas, identificar conexiones sinápticas y presentar vastos conjuntos de datos que puedan verificarse e interactuar con ellos; de esto es responsable Google Research.

​¿El conectoma humano, ciencia ficción?

La salud y felicidad dependen, en gran parte, del correcto funcionamiento del cerebro. En los últimos años se ha avanzado en su conocimiento, como cuando las revistas Nature y Science publicaron -hace unos meses- una veintena de artículos en los que, entre otros, se describían qué genes se expresaban en qué células del cerebro (transcriptoma). 

Si bien esto es un paso espectacular no es suficiente para entender el funcionamiento del cerebro, cuyo conocimiento vendrá con el conectoma. La comprensión de los patrones de conexión ayudará a empezar a descifrar las señales eléctricas que generan los pensamientos, sentimientos y comportamientos.

Jain cree que será posible conseguir el conectoma completo del ratón en los próximos diez años, "siempre que la tecnología siga mejorando y los organismos de financiación sigan invirtiendo en este objetivo".

En cuanto al humano indica que "cartografiar todo un cerebro humano es un proyecto literalmente un millón de veces mayor que el estado actual de la técnica (1 milímetro cúbico)" y, entre los retos, la gran cantidad de datos resultantes a procesar y almacenar. Jain se atreve a poner una fecha al conectoma humano: 2040.

El experto hace una analogía con la genómica (ahora es posible secuenciar un genoma humano en horas por miles de dólares o menos). "La conectómica, y podría decirse que la neurociencia en general, se encuentra en los inicios de un viaje similar para que la tecnología subyacente sea mucho más eficiente y escalable con el fin de recopilar conjuntos de datos exhaustivos que nos permitan comprender mejor el cerebro".

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