Un proyecto a nanoescala representa un gran paso adelante en la comprensión del cerebro humano.
Con más de 1,4 petabytes de datos de imágenes de microscopía electrónica, un equipo de científicos ha reconstruido un diminuto segmento cúbico del cerebro humano.
Tiene sólo un milímetro de cada lado, pero en ese espacio microscópico se encuentran 57.000 células, 150 millones de sinapsis y 230 milímetros de venas ultrafinas.
El trabajo de casi una década, es la reproducción más grande y detallada del cerebro humano hasta la fecha hasta la resolución del sinapsis
“La palabra ‘fragmento’ es irónica”, dice el neurocientífico Jeff Lichtman de la Universidad de Harvard. “Un terabyte es, para la mayoría de las personas, gigantesco, pero un fragmento de un cerebro humano -sólo un minúsculo, diminuto pedacito de cerebro humano- sigue siendo miles de terabytes”.
El cerebro humano es notoriamente complejo. En todo el reino animal, las funciones realizadas por la mayoría de los órganos vitales son más o menos las mismas, pero el cerebro humano está en una liga propia.
También es muy difícil estudiar; Están sucediendo tantas cosas allí, en escalas tan minúsculas, que no hemos podido comprender los circuitos sinápticos en detalle.
Cada cerebro humano contiene miles de millones de neuronas, que envían señales de un lado a otro a través de billones de sinapsis, el centro de mando desde el que se ejecuta el cuerpo humano.
Una comprensión más profunda de la forma en que funciona este órgano deslumbrantemente complicado conferiría profundos beneficios a nuestros estudios sobre la función y los trastornos cerebrales, desde lesiones hasta enfermedades mentales y demencia.
Con ese fin, Lichtman y sus colegas han estado trabajando en lo que llaman un “conectoma”: un mapa del cerebro y todo su cableado que podría ayudar a comprender mejor cuándo ese cableado está torcido.
El objetivo actual del proyecto de conectómica es reproducción de un cerebro de ratón completopero el uso de técnicas similares para reconstruir al menos segmentos del cerebro humano sólo puede hacer avanzar nuestro conocimiento más rápido.
La reconstrucción del equipo se basó en una muestra de cerebro humano extirpada de un paciente con epilepsia durante una cirugía para acceder a una lesión subyacente. La muestra fue fijada, teñida con metales pesados para acentuar los detalles, incrustada en resina y seccionada en 5.019 rodajas, con un espesor medio de 33,9 nanómetros, recogidas en cinta.
Los investigadores utilizaron microscopía electrónica de sección en serie de alto rendimiento para obtener imágenes de este pequeño trozo de tejido con un detalle asombroso, generando 1,4 petabytes (1400 terabytes) de datos.
Estos datos fueron analizados con técnicas y algoritmos especialmente desarrollados, generando, los investigadores dicen“una reconstrucción 3D de casi todas las células y procesos en el volumen alineado”.
Esta reconstrucción, denominada H01, ya ha revelado algunos detalles nunca antes vistos sobre el cerebro humano. El equipo se sorprendió al notar que glíao células no neuronales, superaron en número a las neuronas 2:1 en la muestra, y el tipo de célula más común fue oligodendrocitos – células que ayudan a cubrir axones en mielina protectora.
Cada neurona tenía miles de conexiones relativamente débiles, pero los investigadores encontraron conjuntos de axones raros y poderosos conectados por 50 sinapsis. Y descubrieron que una pequeña cantidad de axones están dispuestos en verticilos extensos e inusuales.
Debido a que la muestra fue tomada de un paciente con epilepsia, no está claro si estas son características normales, pero raras, del cerebro humano, o si están relacionadas con el trastorno del paciente. De cualquier manera, sin embargo, el trabajo ha revelado la enorme amplitud y profundidad del abismo de nuestra comprensión del cerebro.
El siguiente paso en el trabajo del equipo consiste en intentar comprender la formación del ratón. hipocampouna región del cerebro muy implicada en el aprendizaje y la memoria.
“Si llegamos a un punto en el que hacer un cerebro de ratón completo se convierta en una rutina, se podría pensar en hacerlo, por ejemplo, en modelos animales de autismo”. Lichtman explicó el año pasado a La Gaceta de Harvard.
“Existe un nivel de comprensión sobre el cerebro que actualmente no existe. Sabemos sobre las manifestaciones externas del comportamiento. Sabemos sobre algunas de las moléculas que están perturbadas. Pero entre los diagramas de cableado, hasta ahora, no había manera de para verlos. Ahora, hay una manera.”
La investigación ha sido publicada en Cienciay se han realizado los datos y reconstrucción de H01 disponible gratuitamente en un sitio web dedicado.