Paso de gigante para comprender la mente humana. Un grupo de científicos han conseguido un objetivo que parecía inalcanzable, a partir de una muestra de tejido diminuta —del tamaño de una semilla de chía—: han dibujado el mayor mapa del cerebro de un mamífero. Se trata de un mapa de alta resolución de la estructura y las conexiones entre las células cerebrales de un ratón, cosa que es todo un "hito" para la neurociencia. El avance ha sido posible gracias al trabajo de siete años de un equipo de más de 150 neurocientíficos e investigadores de varias instituciones, reunidos en el proyecto MICrONS. Los avances se han publicado este miércoles en diez artículos en las revistas Nature y Nature Methods.
Los científicos insisten en que este diagrama es el más grande y detallado del cerebro de un mamífero hasta el momento, aunque se base en los datos de un solo milímetro cúbico de tejido. El esquema de cableado y sus datos, con unas 84.000 neuronas y unos 500 millones de sinapsis, están disponibles gratuitamente en el explorador MICrONS (con un tamaño de 1,6 petabytes, es decir, 22 años de vídeo HD continuado) y ofrecen "información sin precedentes" sobre la función cerebral y la organización del sistema visual. "Marcan un hito para la neurociencia, comparable a la del Proyecto Genoma Humano en su potencial transformador", ha resumido David A. Markowitz, coordinador del trabajo.
Las claves del mapa cerebral
Según Markowitz, un mapa de la conectividad, la forma y la función neuronal a partir de una porción del cerebro del tamaño de un grano de arena no es solo una maravilla científica, sino un gran paso hacia la comprensión de los orígenes del pensamiento, la emoción y la conciencia. También tiene implicaciones para trastornos como el alzhéimer, el Parkinson, el autismo y la esquizofrenia, que implican interrupciones, en la comunicación neuronal. "Si tienes una radio averiada y tienes el diagrama del circuito, estarás en una mejor posición para arreglarla", apunta a Nuno da Costa, del Instituto Allen (Estados Unidos), que añade: "Estamos describiendo una especie de mapa de Google o plan de este grano de arena. En el futuro, podremos utilizarlo para comparar el cableado cerebral de un ratón su con el de un modelo de enfermedad".
Para completar este atlas, científicos de la Escuela de Medicina de Baylor (EE.UU.) utilizaron microscopios especializados para registrar la actividad cerebral de una porción diminuta de la corteza visual de un ratón mientras veía varios vídeos. Posteriormente, investigadores del Instituto Allen tomaron este milímetro cúbico del cerebro y lo dividieron en más de 25.000 capas muy finas, y utilizaron una serie de microscopios electrónicos por recoger imágenes de alta resolución de cada porción. Finalmente, otro equipo de la Universidad de Princeton (EE.UU.) utilizaron inteligencia artificial y aprendizaje automático para reconstruir las células y conexiones en un volumen tridimensional.
El resultado de todo ello es el diagrama del cableado y mapa funcional del cerebro mayor hasta el momento, con más de 200.000 células (84.000 neuronas), cuatro kilómetros de axones (ramificaciones que se conectan con otras células) y 523 millones de sinapsis (puntos de conexión entre las células). Los hallazgos revelan nuevos tipos de células, características y principios organizativos y funcionales, entre los cuales destaca el descubrimiento de un nuevo principio de inhibición en el cerebro. Hasta ahora, los científicos consideraban las células inhibidoras (las que suprimen la actividad neuronal) como una simple fuerza que amortigua la acción de otras células. Pero han descubierto un nivel de comunicación mucho más sofisticado: no actúan de forma aleatoria, sino que son altamente selectivas con las células excitadoras a las cuales se dirigen, creando un sistema de coordinación y cooperación a toda la red.
Queda claro que hacen falta mapas más amplios para estudiar circuitos completos, y los Institutos Nacionales de Salud de EE.UU. tienen en marcha el programa BRAIN Connects para romper, en un plazo de cuatro años, las barreras tecnológicas que impiden hacer un cerebro de ratón completo. "Si somos capaces de desarrollar la tecnología, podremos empezar a trabajar con un cerebro de ratón completo en cinco años, y después tardaremos entre cinco y diez años más al recoger datos", ha previsto Forrest Collman, del Instituto Allen.
Hasta hace poco, la neurociencia había funcionado con mapas parciales o completos, pero de especies con unos pocos centenares o miles de neuronas. Pero eso ha cambiado radicalmente en los últimos años: por ejemplo, en el 2024 se consiguió el Google Maps de la mosca del vinagre, con 140.000 neuronas y cincuenta millones de sinapsis; un año antes, el mapa cerebral de su larva. También en el 2024, la Universidad Harvard y Google Research publicaron una reconstrucción en 3D con resolución sináptica de un trozo de corteza temporal humana también de un milímetro cúbico.
Si bien estos pasos fueron importantísimos, lo que se ha publicado ahora es "lo mejor que se ha hecho, no tiene precedentes", según ha comentado a Efe Juan Lerma, del Instituto de Neurociencias de Alicante, quien no ha participado en los estudios. El científico ha destacado que se ha conseguido el análisis funcional de las células cerebrales y que esta es la clave, ya que los hallazgos servirán para desarrollar modelos de inteligencia artificial superpotentes basados en redes neuronales que, por ejemplo, permitirán entender enfermedades cerebrales.