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Un avance en la cartografía cerebral
Con un diminuto trozo de tejido cerebral de un ratón, del tamaño de un grano de arena, científicos han logrado crear el primer mapa tridimensional preciso del cerebro de un mamífero. Este mapa revela la forma, función y actividad de 84,000 neuronas, estructuras ramificadas que transmiten mensajes a través de un largo brazo llamado axón, y más de 500 millones de sinapsis, además de 200,000 células cerebrales. La pequeña muestra de tejido contenía 3.4 millas (5.4 kilómetros) de cableado neuronal, una longitud que equivale a casi una vez y media el tamaño de Central Park en Nueva York. Esta investigación es el resultado de casi una década de trabajo conjunto de 150 científicos pertenecientes a 22 instituciones, liderados por el Instituto Allen de Ciencias del Cerebro, el Baylor College of Medicine y la Universidad de Princeton.
El mapa obtenido, que representa solo 1/500 del volumen total del cerebro de un ratón, ha generado 1.6 petabytes de datos, una cantidad asombrosa que equivale a 22 años de vídeo en alta definición. Este proyecto, denominado programa MICrONS (Inteligencia Artificial de Redes Corticales), ya ha hecho públicos sus hallazgos. El Dr. Forrest Collman, director asociado de datos y tecnología del Instituto Allen, comentó que uno de los subproductos de este proyecto es la revelación de la increíble belleza del cerebro, sugiriendo que observar estas neuronas proporciona una apreciación del cerebro similar a la que se siente al contemplar una imagen de una galaxia lejana.
Un método innovador para entender la actividad cerebral
Para llevar a cabo este ambicioso mapa, los investigadores del Baylor College of Medicine en Houston comenzaron utilizando microscopios especializados para registrar la actividad cerebral en un milímetro cúbico de tejido del córtex visual de un ratón, donde se procesa la información visual. Para garantizar que el ratón estuviera despierto y estimulado visualmente, se le hizo correr en una cinta y se le mostraron escenas de diversas películas durante intervalos de diez segundos, incluyendo títulos como “Matrix” y “Mad Max: Furia en la Carretera”. Posteriormente, tras sacrificar al ratón, los científicos del Instituto Allen cortaron el mismo milímetro cúbico de cerebro en más de 28,000 capas, cada una 1/400 del grosor de un cabello humano, tomando imágenes de cada sección a medida que avanzaban. Este complejo proceso de imagen y reconstrucción llevó más de 12 días y noches de trabajo continuo.
Un equipo de la Universidad de Princeton utilizó herramientas de aprendizaje automático e inteligencia artificial para trazar el contorno de cada neurona a través de las secciones, iluminando cada una mediante un proceso llamado segmentación. Esta información generada por la IA fue validada y revisada por los científicos involucrados, un procedimiento que continúa en desarrollo. Este trabajo ha dado lugar a lo que se conoce como el «conectoma» del cerebro del ratón, que muestra cómo se organizan las distintas partes del cerebro y ofrece valiosas perspectivas sobre cómo interactúan los diferentes tipos de células. Dr. Sebastian Seung, profesor de neurociencia en Princeton, destacó que el conectoma representa el inicio de la transformación digital de la ciencia cerebral, permitiendo a los investigadores acceder a información que antes requeriría años de estudio.
La creación de este mapa cerebral, considerado un desafío imposible por muchos, es un paso significativo en la búsqueda de una mayor comprensión del cerebro de los mamíferos. Los investigadores esperan que, en un futuro cercano, se logre mapear el conectoma completo del cerebro del ratón, lo que podría abrir nuevas vías para el estudio de trastornos cerebrales humanos. La neocorteza, una de las regiones más complejas, es crucial para entender trastornos como el Alzheimer y el Parkinson, y un mejor conocimiento de su estructura y función puede facilitar la identificación de disfunciones neuronales.
