Mapa cerebral detallado: Investigadores cartografían un milímetro cúbico de cerebro de ratón con 3,2 kilómetros de conexiones neuronales  
Por Félix Riaño @LocutorCo 

Un equipo científico superó los límites de la neurociencia al mapear millones de sinapsis en un fragmento cerebral microscópico. 

En 1979, el Nobel Francis Crick consideró que era imposible descifrar la maraña interna de un minúsculo trozo de cerebro. Décadas después, más de cien expertos reunieron 1,6 petabytes de información para demostrar lo contrario. Han analizado un milímetro cúbico de tejido cerebral de ratón que contiene millones de sinapsis y más de 3 kilómetros de filamentos neuronales. Las imágenes en alta resolución, capturadas mediante microscopía electrónica y combinadas con inteligencia artificial, han abierto nuevas ventanas para comprender enfermedades como Alzheimer o Parkinson. Este nivel de detalle asombra, porque revela patrones de conexiones que antes eran un misterio. ¿Qué hallazgos van a descubrir luego con esta nueva cartografía? 

La complejidad neuronal también despierta dudas sobre su verdadero alcance 

El proyecto MICrONS tomó un milímetro cúbico del cerebro visual de un ratón y lo partió en unas 25.000 secciones. Cada sección fue fotografiada con microscopio electrónico para obtener una visión detallada de cada célula. Esos datos se combinaron con grabaciones de la actividad cerebral en vida, mientras el animal miraba videos y contenidos en una pantalla. Luego, expertos de Princeton organizaron toda esa información en un modelo tridimensional. Así, se obtuvo el mapa de cientos de miles de neuronas con millones de sinapsis, en un volumen del tamaño aproximado de un grano de arena. Estas redes neuronales se representan con tonos de colores vivos que muestran cada célula y cada circuito, como si fuera un bosque iluminado. 

La gran dificultad surge al querer entender cómo se comunican las neuronas en semejante densidad de conexiones. Cada célula envía impulsos eléctricos y sustancias químicas a cientos o miles de células vecinas. Aun con la tecnología disponible, es complicado detectar si una neurona establece un vínculo directo o si su señal pasa por varias estaciones intermedias. Además, surge la necesidad de corregir errores en el trazado automático de rutas neuronales. El volumen masivo de datos —que puede equivaler a 22 años de video HD ininterrumpido— requiere enormes recursos computacionales y trabajo humano para revisar y ajustar. Esto explica por qué Francis Crick pensó que era un reto inalcanzable. Los avances fueron posibles gracias a algoritmos de inteligencia artificial y a un arduo trabajo en equipo. 

La reconstrucción final de este milímetro cúbico de cerebro de ratón aporta evidencias sobre cómo las células inhibitorias y excitatorias se organizan. Estas últimas son responsables de encender la actividad neuronal, mientras que las inhibitorias se encargan de regular y refinar ese impulso. Se creía que las células inhibitorias funcionaban como un simple freno. Ahora, se sabe que eligen de manera muy precisa a qué neuronas controlar. Este entramado complejo, repleto de detalles microscópicos, se vuelve un banco de pruebas para las teorías del aprendizaje profundo en máquinas y abre caminos para entender enfermedades neuronales. Las conclusiones podrían brindar nuevas pistas sobre la conciencia, la inteligencia y los trastornos que interrumpen la comunicación interna del cerebro. Investigadores de prestigiosas instituciones afirman que esta cartografía digital es comparable al Proyecto Genoma Humano por su valor transformador. Todo indica que vamos a seguir aprendiendo mucho de esta región cerebral diminuta. 

La iniciativa surgió como parte del MICrONS Project, financiado por la agencia IARPA en Estados Unidos. Baylor College of Medicine recabó datos de actividad cerebral en ratones despiertos. El Allen Institute se encargó de cortar el tejido en láminas ultrafinas de unas 0,25 micrómetros de grosor (casi 1/400 del espesor de un cabello humano) para fotografiarlas. Princeton aplicó algoritmos de visión por computador y aprendizaje profundo para reconstruir la forma completa de cada neurona. Estos procedimientos crearon un gran desafío de administración de datos y versiones, ya que cada error de interpretación podía cambiar todo el resultado. Herramientas personalizadas de control de versiones y de corrección automatizada permitieron avanzar. Además, la presencia de imágenes funcionales y estructurales en el mismo conjunto de datos ofreció un panorama integral, permitiendo correlacionar actividad eléctrica real con conexiones anatómicas. Este enfoque sienta bases sólidas para futuras investigaciones que van a explorar circuitos aún más complejos. 

En este Flash Diario revisamos el logro de mapear un trozo de cerebro de ratón y observar millones de sinapsis. El avance ayuda a comprender cómo se conectan las células y a diagnosticar padecimientos neurológicos. Te invitamos a seguir nuestro pódcast en Spotify llamado Flash Diario para descubrir más noticias así de fascinantes.

Bibliografía

• The New York Times
• The Times
• The Guardian
• Nature

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