Google crea el mapa cerebral humano más detallado hasta la fecha

Imagina poder ver todo el "cableado" que compone el cerebro humano. Descubrir cómo está compuesto el órgano que rige nuestras decisiones y acciones. Pues, estás de suerte, porque Google ha ayudado a crear el mapa más detallado hasta ahora de las conexiones dentro de nuestra cabeza. El modelo revela una asombrosa cantidad de detalles, incluidos patrones de conexiones entre células, así como lo que podría ser un nuevo tipo de neurona.

El mapa cerebral llamado Neuroglancer, que está disponible online de forma gratuita, incluye 50.000 células, todas representadas en tres dimensiones. Estas neuronas están unidas por 130 millones de conexiones llamadas sinapsis, creando una suerte de tela de araña. El conjunto de datos mide 1,4 petabytes, aproximadamente 700 veces la capacidad de almacenamiento de una computadora moderna estándar.

La cantidad de datos es tan grande que los investigadores no lo han estudiado en detalle, reconoce Viren Jain de la división de investigación de Google en Mountain View (California), que ha participado en el trabajo. Es similar a lo que ocurre con el genoma humano, que todavía se está estudiando, 20 años después de la publicación de los primeros borradores sobre la cuestión.

El proyecto arrancó cuando un equipo dirigido por Jeff Lichtman, de la Universidad de Harvard, obtuvo una pequeña parte del cerebro de una mujer de 45 años, con epilepsia resistente a los medicamentos. La paciente se sometió a una cirugía para extirpar el hipocampo izquierdo, la fuente de sus convulsiones. Para hacer esto, los cirujanos tuvieron que extirpar parte del tejido cerebral sano que cubría el hipocampo.

Lichtman y su equipo sumergieron inmediatamente la muestra en conservantes y luego la tiñeron con metales pesados como el osmio, de modo que las membranas externas de cada célula fueran visibles bajo un microscopio electrónico. Luego lo incrustaron en resina para endurecerlo. Finalmente, lo cortaron en rodajas de alrededor de 30 nanómetros de grosor, y usaron un microscopio electrónico para obtener imágenes de cada corte.

En este punto, el equipo de Jain en Google asumió el control, ensamblando las "rebanadas" bidimensionales, para formar un volumen tridimensional. Utilizaron técnicas de 'machine learning' para reconstruir las conexiones de una neurona con otra y etiquetaron los diferentes tipos de células.

Los datos recopilados, aunque lejos de representar todo el cerebro humano, pueden ser una fuente de información imprescindible para futuros estudios. De hecho, Jain y su equipo ya han hecho nuevos descubrimientos sobre cómo está conectado nuestro cerebro. Por ejemplo, había una gran discrepancia sobre el número de conexiones entre neuronas.

No está claro por qué, pero Lichtman especula que las conexiones de múltiples sinapsis (hasta 20 en algunos casos) se forman de los comportamientos aprendidos. "Hay muchas cosas que tu cerebro hace por cognición, pensando, desconcertándolo y tomando una decisión, y hay muchas cosas que haces automáticamente que no podrían haber sido genéticamente", dice, como frenar cuando ves una luz roja. ... Las conexiones superfuertes permitirían que un mensaje pasara rápidamente a través de la red.

El equipo también encontró misteriosos pares de neuronas en las profundidades de la corteza que no se habían observado antes. "Las dos celdas apuntaban exactamente en la dirección opuesta en el mismo eje", dice Lichtman. Nadie sabe por qué.

El mapeo cerebral o conectómica, ha recorrido un largo camino desde los primeros avances en la década de 1980, cuando los investigadores "mapearon" las 302 neuronas en el sistema nervioso de un gusano 'Caenorhabditis elegans'. Hace un año ya se planteó hacer lo mismo con el cerebro completo de un ratón.

"El cerebro de un ratón completo es sólo 1000 veces más grande que lo mapeado hasta ahora del cerebro humano, un exabyte en lugar de un petabyte", explica Lichtman. Estima que en una década la ciencia tendría capacidad para llevar a cabo este trabajo.

El mapeo de un cerebro humano completo necesitaría un conjunto de datos que es 1000 veces más grande, un zettabyte, que Lichtman dice que es "comparable a la cantidad de contenido digital generado en un año por el planeta Tierra". El beneficio más inmediato sería explorar cómo difiere el mapa celular en personas con problemas de salud mental. Así, se podría arrojar más luz sobre cómo se manifiestan condiciones como la esquizofrenia.