Descubren el más extenso y detallado mapa cerebral de un mamífero hasta ahora

Redacción Ciencia (EFE).- Científicos han alcanzado un objetivo que hasta hace poco parecía inalcanzable: elaborar un mapa de alta resolución de las conexiones y estructura de las células del cerebro de un ratón, utilizando solo una pequeña muestra de tejido del tamaño de una semilla de chía. Este logro representa un "hito" en el campo de la neurociencia.

Este avance es el resultado de siete años de trabajo de un equipo compuesto por más de 150 neurocientíficos y investigadores de diversas instituciones que conforman el proyecto MICrONS. Aunque el mapa se basa en datos obtenidos de un único milímetro cúbico de tejido cerebral, los científicos afirman que se trata del diagrama más grande y detallado del cerebro de un mamífero hasta la fecha.

La información, que contiene detalles sobre unas 84.000 neuronas y alrededor de 500 millones de sinapsis, está disponible de forma gratuita a través del Explorador MICrONS, y ocupa un impresionante volumen de 1,6 petabytes, equivalente a 22 años de vídeo en alta definición. Estos datos proporcionan "información sin precedentes" sobre la función cerebral y la organización del sistema visual.

Los hallazgos del proyecto MICrONS, que ha implementado herramientas avanzadas de inteligencia artificial, fueron divulgados este miércoles en diez artículos en las revistas Nature y Nature Methods. David A. Markowitz, coordinador del trabajo, destacó que estos avances son comparables en su impacto al Proyecto Genoma Humano por su potencial transformador.

Un paso hacia la comprensión del pensamiento y la conciencia

El mapa que se ha creado no solo es considerado una "maravilla científica", sino que también representa un progreso significativo hacia la comprensión de los orígenes del pensamiento, la emoción y la conciencia. Además, tiene implicaciones cruciales para entender trastornos como el Alzheimer, el Parkinson, el autismo y la esquizofrenia, que están relacionados con interrupciones en la comunicación neuronal.

Nuno da Costa, del Instituto Allen de EE.UU., comparó este avance con tener un "mapa de Google" del cerebro: "Si tienes una radio averiada y el diagrama del circuito, estarás en una mejor posición para repararla. Este mapa nos permitirá comparar el cableado cerebral de un ratón sano con el de un modelo de enfermedad en el futuro".

Pasos hasta lograrlo

Para la elaboración de este atlas cerebral, los científicos de la Escuela de Medicina de Baylor (EE.UU.) utilizaron microscopios especializados para registrar la actividad cerebral de una pequeña sección de la corteza visual del ratón durante la visualización de diferentes vídeos. Posteriormente, investigadores del Instituto Allen dividieron el milímetro cúbico del cerebro en más de 25.000 capas delgadas, utilizando microscopios electrónicos para capturar imágenes de alta resolución de cada sección.

Por último, otro equipo de la Universidad de Princeton (EE.UU.) aplicó inteligencia artificial y aprendizaje automático para reconstruir las células y sus conexiones en un formato tridimensional.

Más de 200.000 células y 523 millones de sinapsis

El resultado es un diagrama del cableado y un mapa funcional del cerebro más extenso desarrollado hasta ahora, que incluye más de 200.000 células -84.000 de las cuales son neuronas-, cuatro kilómetros de axones y 523 millones de sinapsis. Estos descubrimientos revelan nuevos tipos de células, características desconocidas y principios organizativos y funcionales. Un hallazgo notable es un nuevo principio de inhibición en el cerebro.

Anteriores creencias sostenían que las células inhibidoras actuaban simplemente como una fuerza que moderaba la actividad neuronal. Sin embargo, las nuevas evidencias sugieren que estas células son mucho más selectivas, actuando de manera coordinada y colaborativa dentro de la red neuronal.

El futuro

A pesar de la importancia de esta investigación, es esencial contar con mapas más amplios para analizar circuitos neuronales completos. Los Institutos Nacionales de Salud de EE.UU. han lanzado el programa BRAIN Connects, que propone romper las barreras tecnológicas para crear un mapa completo del cerebro del ratón en los próximos cuatro años. Forrest Collman, del Instituto Allen, explicó que si se desarrolla la tecnología adecuada, sería posible trabajar en un cerebro de ratón completo en cinco años, y recopilar datos en un plazo de cinco a diez años posteriores.

Tradicionalmente, la neurociencia ha avanzado con mapas parciales o, en el mejor de los casos, completos de especies con un número reducido de neuronas. No obstante, en los últimos años se ha presenciado un cambio notable en este campo.

Mapa del cerebro de la mosca del vinagre

En 2024, se completó el conectoma del cerebro de la mosca del vinagre, "Drosophila melanogaster", que cuenta con 140.000 neuronas y 50 millones de sinapsis. Ese mismo año, también se publicó en la Universidad de Harvard y Google Research una reconstrucción en 3D de un fragmento de corteza temporal humana de un milímetro cúbico con resolución sináptica.

Juan Lerma, del Instituto de Neurociencias de Alicante (CSIC-UMH), destacó que lo recientemente publicado es "lo más avanzado que se ha hecho hasta ahora". Subrayó que, además de la estructura a escala nanométrica de las células cerebrales, se ha logrado un análisis funcional. "Esto es solo la punta del iceberg de lo que está por venir. Estos hallazgos también contribuirán al desarrollo de modelos de inteligencia artificial sumamente potentes basados en redes neuronales, lo que facilitará la comprensión de enfermedades cerebrales", concluyó Lerma, miembro de la Real Academia de Ciencias de España.