Existen muchos otros atlas cerebrales, pero la mayoría proporciona datos de resolución mucho más baja. A nanoescala, los investigadores pueden rastrear el cableado del cerebro, una neurona a la vez, hasta las sinapsis, los lugares donde se conectan. “Para comprender realmente cómo funciona el cerebro humano, cómo procesa información, cómo exporta recuerdos, en última instancia necesitaremos un mapa con esa resolución”, dice Viren Jain, investigador científico senior de Google y coautor del artículo. publicado en Ciencia el 9 de mayo. El conjunto de datos en sí y una versión preimpresa de este artículo fueron lanzado en 2021.
Los atlas cerebrales vienen en muchas formas. Algunos revelan cómo están organizadas las células. Otros cubren la expresión genética. Este se centra en las conexiones entre células, un campo llamado “conectómica”. La capa más externa del cerebro contiene aproximadamente 16 mil millones de neuronas que se conectan entre sí para formar billones de conexiones. Una sola neurona puede recibir información de cientos o incluso miles de otras neuronas y enviar información a un número similar. Eso hace que rastrear estas conexiones sea una tarea extremadamente compleja, incluso en una pequeña parte del cerebro.
Para crear este mapa, el equipo enfrentó una serie de obstáculos. El primer problema fue encontrar una muestra de tejido cerebral. El cerebro se deteriora rápidamente después de la muerte, por lo que el tejido cadavérico no funciona. En cambio, el equipo utilizó un trozo de tejido extraído de una mujer con epilepsia durante una cirugía cerebral que estaba destinado a ayudar a controlar sus convulsiones.
Una vez que los investigadores tuvieron la muestra, tuvieron que preservarla cuidadosamente en resina para poder cortarla en rodajas, cada una de aproximadamente una milésima parte del grosor de un cabello humano. Luego tomaron imágenes de las secciones utilizando un microscopio electrónico de alta velocidad diseñado específicamente para este proyecto.
Luego vino el desafío computacional. “Tienes todos estos cables recorriendo todas partes en tres dimensiones, haciendo todo tipo de conexiones diferentes”, dice Jain. El equipo de Google utilizó un modelo de aprendizaje automático para volver a unir las rebanadas, alinear cada una con la siguiente, codificar por colores el cableado y encontrar las conexiones. Esto es más difícil de lo que parece. “Si cometes un solo error, todas las conexiones conectadas a ese cable ahora serán incorrectas”, dice Jain.
“La capacidad de obtener una reconstrucción tan profunda de cualquier muestra de cerebro humano es un avance importante”, dice Seth Ament, neurocientífico de la Universidad de Maryland. El mapa es “lo más cercano a la verdad que podemos obtener en este momento”. Pero también advierte que se trata de una única muestra de cerebro tomada de un único individuo.
El mapa, que está disponible gratuitamente en una plataforma web llamada neuromirador, está destinado a ser un recurso que otros investigadores pueden utilizar para hacer sus propios descubrimientos. “Ahora cualquiera que esté interesado en estudiar la corteza humana con este nivel de detalle puede acceder a los datos por sí mismo. Pueden revisar ciertas estructuras para asegurarse de que todo sea correcto y luego publicar sus propios hallazgos”, dice Jain. (La preimpresión ya ha sido citada 136 veces).
El equipo ya ha identificado algunas sorpresas. Por ejemplo, algunos de los largos zarcillos que transportan señales de una neurona a la siguiente formaron “verticilos”, puntos donde giraban sobre sí mismos. Los axones suelen formar una única sinapsis para transmitir información a la siguiente célula. El equipo identificó axones individuales que formaban conexiones repetidas (en algunos casos, 50 sinapsis separadas). Aún no está claro por qué podría ser así, pero los vínculos fuertes podrían ayudar a facilitar reacciones muy rápidas o fuertes a ciertos estímulos, dice Jain. “Es un hallazgo muy simple sobre la organización de la corteza humana”, dice. Pero “no sabíamos esto antes porque no teníamos mapas con esta resolución”.
El conjunto de datos estuvo lleno de sorpresas, afirma Jeff Lichtman, neurocientífico de la Universidad de Harvard que ayudó a dirigir la investigación. “Había tantas cosas en él que eran incompatibles con lo que se leería en un libro de texto”. Puede que los investigadores no tengan explicaciones para lo que están viendo, pero tienen muchas preguntas nuevas: “Así es como avanza la ciencia”.