Un innovador proyecto a nanoescala ha impulsado nuestra comprensión del cerebro humano, con un equipo de científicos reconstruyendo un milímetro cúbico de tejido cerebral con un detalle sin precedentes. Este minúsculo segmento, de solo un milímetro en cada lado, contiene asombrosamente 57,000 células, 150 millones de sinapsis y 230 milímetros de vasos sanguíneos ultrafinos, todo empaquetado en su espacio microscópico.

El proyecto, que ha llevado casi una década en su realización, se erige como la reproducción más detallada y extensa del cerebro humano hasta la fecha. Los datos generados suman más de 1.4 petabytes, mostrando la resolución de las sinapsis, estructuras que facilitan la comunicación entre neuronas. “La palabra ‘fragmento’ es irónica”, comenta el neurocientífico Jeff Lichtman de la Universidad de Harvard. “Un terabyte es, para la mayoría de las personas, gigantesco, pero un fragmento del cerebro humano, solo un poco minúsculo y diminuto del cerebro humano, sigue siendo miles de terabytes.”

El cerebro humano, con sus miles de millones de neuronas y billones de sinapsis, es excepcionalmente intrincado. Esta complejidad ha hecho que los estudios detallados del circuito sináptico sean increíblemente desafiantes. Una comprensión más profunda del funcionamiento del cerebro promete beneficios profundos para la investigación sobre la función cerebral y los trastornos, que van desde lesiones hasta enfermedades mentales y demencia.

Lichtman y su equipo tienen como objetivo crear un “conectoma”, un mapa completo del cableado del cerebro. Su proyecto actual se centra en reconstruir un cerebro completo de ratón, pero técnicas similares aplicadas a segmentos del cerebro humano están acelerando la adquisición de conocimiento.

Los esfuerzos de reconstrucción del equipo se basaron en una muestra de cerebro humano de un paciente con epilepsia, obtenida durante una cirugía para acceder a una lesión subyacente. Esta muestra fue meticulosamente preparada: fijada, teñida con metales pesados, incrustada en resina y seccionada en 5,019 rebanadas ultradelgadas, cada una con un grosor promedio de 33.9 nanómetros. Usando microscopía electrónica de secciones seriales de alta producción, los investigadores imaginaron el tejido con un detalle exquisito, generando 1.4 petabytes de datos.

Este enorme conjunto de datos fue analizado con técnicas y algoritmos especializados, resultando en “una reconstrucción 3D de casi todas las células y procesos en el volumen alineado.” La reconstrucción, llamada H01, ya ha revelado detalles previamente no vistos sobre el cerebro humano. Por ejemplo, se encontró que las células gliales superaban en número a las neuronas en una proporción de 2:1, y los oligodendrocitos, las células que recubren los axones con mielina protectora, fueron identificados como el tipo de célula más común.

La reconstrucción también reveló que, mientras cada neurona tenía miles de conexiones relativamente débiles, se encontraron conexiones axonales raras y poderosas, vinculadas por hasta 50 sinapsis. Además, algunos axones estaban dispuestos en espirales extensas y inusuales. Dado que la muestra era de un paciente con epilepsia, no está claro si estas características son típicas del cerebro humano o específicas del trastorno.

El próximo enfoque del equipo es comprender la formación del hipocampo del ratón, una región crítica para el aprendizaje y la memoria. Lichtman imagina un futuro donde las reconstrucciones completas del cerebro en modelos animales de diversas condiciones neurológicas se vuelvan rutinarias, proporcionando conocimientos sin precedentes sobre el funcionamiento y los trastornos del cerebro.

“Existe este nivel de comprensión sobre los cerebros que actualmente no existe”, explicó Lichtman a The Harvard Gazette. “Conocemos las manifestaciones externas del comportamiento. Conocemos algunas de las moléculas que están alteradas. Pero entre los diagramas de cableado, hasta ahora, no había forma de verlos. Ahora, hay una manera.”

La investigación ha sido publicada en Science, y los datos junto con la reconstrucción H01 se han puesto a disposición de forma gratuita en un sitio web dedicado, ofreciendo un recurso invaluable para la exploración y el estudio en el campo de la neurociencia.

Fuente:

Universidad de Harvard

Únete a la comunidad

Más de 16.000 personas se han unido a nuestra newsletter. Prometemos enviarte sólo cosas interesantes.

Gracias por suscribirte.

Share This