Mapa del cerebro humano
| Mapa del cerebro humano | Bienvenido a Departamento de Psiquiatría |
Modelo de alta resolución del patrón de activación de los genes en el cerebro humano
Primer mapa del cerebro humano en desarrollo, permitirá el estudio en detalle de enfermedades como el autismo y valida el uso de modelos animales en investigación.
WikicharliE Patrimonio de Chile
Uno de los retos más importantes de este siglo es el de entender el funcionamiento del cerebro humano, uno de los sistemas más complejos del universo. Un requisito indispensable para tratar un amplio abanico de enfermedades que abarca desde aquellas que se «gestan» en el seno materno, como la esquizofrenia o el autismo, hasta las que se manifiestan en las últimas etapas de la vida, como el párkinson o el alzhéimer.
La revista «Nature»[1] publica dos trabajos que prometen un importante impulso en el conocimiento del cerebro y sus patologías. Ambos trabajos están ligados al Instituto Allen de Estudios Cerebrales[2], una entidad privada sin ánimo de lucro puesta en marcha por Paul G. Allen, cofundador de Microsoft, que está empeñado en desentrañar los misterios del cerebro.
Un equipo del Instituto Allen, liderado por Ed Lein ha generado un modelo de alta resolución del patrón de activación de los genes en el cerebro humano durante el desarrollo embrionario, concretamente en las semanas 15, 16 y 21 de gestación. «Conocer cuándo un gen se expresa en el cerebro puede dar pistas importantes acerca de su función», explica Ed Lein, investigador en el Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro.
Instrucciones
«Este atlas ofrece una visión completa de qué genes están activos en un momento determinado, en una región concreta y en qué tipos de células, durante el desarrollo embrionario. Esto significa que tenemos un mapa del cerebro humano en desarrollo. Algo crucial para entender cómo se forma el cerebro de manera saludable y una poderosa herramienta para investigar que va mal en la enfermedad», explica Lein.
Lo que han conseguido los investigadores del Allen «es una especie de manual de instrucciones de cómo se va formando el cerebro, limitado a tres estadíos del desarrollo embrionario, aunque con datos de miles de genes». Esta es la primera vez que se obtiene un mapa de expresión génica de este tipo en humanos.
En especial, resaltan los autores, el trabajo puede aportar datos muy interesantes en patologías como el autismo, que se empiezan a gestar durante el desarrollo embrionario. «En patologías como el autismo o la esquizofrenia hay alteraciones muy sutiles en la arquitectura cerebral, debido a la expresión de distintos genes».
Conocer dónde y cuándo se activan los distintos genes que intervienen en el desarrollo del cerebro es importante también a la hora de desarrollar posibles dianas terapuéticas, que destaca el enorme valor de este trabajo para la comunidad científica.
Tanto Dierssen como Lerma coinciden en resaltar la importancia de que los datos obtenidos se hayan puesto a disposición de todos los investigadores. «El alcance del proyecto y el nivel de detalle de los datos recogidos, ha podido lograrse gracias al enfoque altamente colaborativo e interdisciplinar de distintos proyectos del Instituto Allen. Y ahora los datos están a disposición pública. Toda la comunidad científica puede beneficiarse de nuestro esfuerzo para impulsar sus propias investigaciones en nuevas y emocionantes direcciones», subraya Allan Jones, director ejecutivo del Instituto Allen para el Estudio del Cerebro.
El mapa de expresión génica abre nuevas posibilidades ya que permitirá a los neurocientíficos «estudiar en patologías espontáneas o inducidas en el laboratorio cómo la alteración de determinados genes genera modificaciones en el desarrollo del cerebro».
El gran reto: de las neuronas a la conducta
Una proteína verde fluorescente ha permitido trazar las conexiones del cerebro, algo así como el “mapa de carreteras”. “Todas estas conexiones estaban determinadas en el ratón e incluso en humanos. Pero lo que no estaba bien determinado era en qué cantidad estaban interconectados las distintas estructuras del cerebro entre sí.” Este estudio ha permitido “saber dónde estas las autopistas, las carreteras nacionales y las secundarias del cerebro”.
Uno de los grandes retos del cerebro de mamíferos es saber cómo se genera la conducta a partir de la actividad de las neuronas. Aunque esto aún no se ha logrado en el gusano C. Elegans, cuyo conectoma ya se conoce, es un requisito previo para dar ese importante paso. Hace unos días, Rafael Yuste, el principal impulsor del Proyecto Brain explicaba a ABC que lo importante para dar este paso, además de tener las conexiones, es ver la actividad conjunta de grupos de neuronas que forman estructuras “emergentes” que dan lugar a funciones concretas, como el pensamiento.
BigBrain
BigBrain es una reconstrucción digital del cerebro humano completo en 3D y ultra-alta resolución, que deja muy atrás a cualquier iniciativa anterior de este estilo. Es la herramienta esencial que necesitan los laboratorios neurológicos de todo el mundo para elucidar la forma y la función de nuestro cerebro. Y estará disponible públicamente a coste cero.
Hasta ahora existen otros atlas del cerebro, pero solo llegan al nivel macroscópico, o visible. Su resolución solo llega al nivel de un milímetro cúbico, y en ese volumen de cerebro caben fácilmente unas 1.000 neuronas. El nuevo BigBrain baja el foco hasta un nivel “casi celular”, según los científicos que lo han creado. Eso quiere decir que llega a discriminar cada pequeño circuito de neuronas que está detrás de nuestra actividad mental, y que puede abarcar toda la información disponible sobre el cerebro, desde los genes y los receptores de neurotransmisores hasta la cognición y el comportamiento.
“Este trabajo puede verse como una culminación de la anatomía”, dijo el editor de Science. “Sin un profundo conocimiento de la estructura del cerebro nunca entenderemos el resto de la neurobiología”.
Pese a que hay cientos de laboratorios en el mundo investigando en neurobiología, el cerebro no contaba hasta ahora con una gran planificación de este tipo, como las que se usan para secuenciar el genoma humano o encontrar el bosón de Higgs. La gran ciencia ha llegado al cerebro, y BigBrain permite por primera vez una exploración en 3D de la anatomía citoarquitectónica humana.
BigBrain, ya forma parte del dominio público, y es un gran paso hacia el entendimiento profundo del cerebro y la mente. Su objetivo no es otro que comprender los fundamentos neurobiológicos del aprendizaje y la adquisición de conocimiento, del lenguaje y las emociones, de la torpeza y de la creatividad humana. El trabajo ha sido coordinado por Katrin Amunts, del Instituto de Neurociencia y Medicina de Jülich, en Alemania; y Alan Evans del Instituto Neurológico de la Universidad McGill en Montreal, Canadá.
El cerebro de referencia se basa en el de una mujer fallecida a los 65 años, que ha sido fileteado en 7.400 secciones histológicas de solo 20 micras (el espesor de un cabello, y cerca de la dimensión de una célula). El BigBrain, según sus creadores, abre el camino para entender las bases neurobiológicas de la cognición, el lenguaje y las emociones, y también para investigar las enfermedades neurológicas y desarrollar fármacos contra ellas.[3]
Quién sabe si la neurociencia del futuro será capaz de reconstruir a partir de BigBrain, los pensamientos y deseos más ocultos de esa mujer, los recovecos de sus emociones y las ambigüedades de su moralidad.
Mapa registra áreas desconocidas de la corteza cerebral
A multi-modal parcellation of human cerebral cortex
- Matthew F. Glasser, Timothy S. Coalson, Emma C. Robinson, Carl D. Hacker, John Harwell, Essa Yacoub, Kamil Ugurbil, Jesper Andersson, Christian F. Beckmann, Mark Jenkinson, Stephen M. Smith & David C. Van Essen
- Nature (2016) doi:10.1038/nature18933 Received: 12 November 2015 Accepted:15 June 2016 Published online: 20 July 2016
Investigadores de la Universidad de Washington, en San Luis, EE. UU., y de otras instituciones estadounidenses han realizado un mapa de 97 nuevas áreas de la corteza cerebral humana, además de confirmar otras 83 que ya se conocían previamente. Para ello, han desarrollado un software que detecta automáticamente la ‘huella digital’ de cada una de estas áreas en los escáner cerebrales de un individuo.
Financiado por los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. (NIH), a través de su Proyecto Human Connectome (HCP), este software ha mapeado las áreas mediante la incorporación de datos procedentes de múltiples medidas de imagen cerebral no invasiva que se corroboran entre sí. Los resultados del estudio se publican esta semana en la revista Nature.
Evolución de córtex
"Estos nuevos conocimientos y herramientas podrán ayudar a explicar cómo evolucionó nuestra corteza cerebral y las funciones de sus áreas especializadas en salud y en enfermedades. También podrían ser aplicados para lograr una precisión sin precedentes en la cirugía del cerebro y en otras intervenciones clínicas", dicen los autores.
El desarrollo de un mapa preciso y de alta resolución de la arquitectura microestructural (o estructura local), la conectividad y la función del cerebro humano ha sido, durante mucho tiempo, un objetivo difícil de alcanzar de la neurociencia, debido a problemas técnicos. La mayoría de los mapas existentes se basaban en una sola de estas medidas y algunas propiedades neurológicas relacionadas. Estas limitaciones daban como resultados mapas ‘borrosos’, que no eran reproducibles en otros individuos.
Ahora, los investigadores han creado un nuevo mapa perfeccionado del cerebro usando múltiples tipos de imágenes por resonancia magnética (MRI) para medir la arquitectura cortical, la actividad, la conectividad y la topografía del córtex de 210 adultos jóvenes sanos, participantes en el proyecto HCP.
Aplicaciones
El trabajo ha dividido cada hemisferio del cerebro en 180 áreas corticales específicas –97 de ellas de nueva descripción–. Además, los investigadores han utilizado una técnica de aprendizaje automático para validar su mapa en un grupo independiente de otros 210 participantes adicionales. El estudio ha identificado con precisión estas regiones en los nuevos voluntarios, pese a la variabilidad individual.
Matthew Glasser, profesor de investigación de neurobiología de la Universidad de Washington y uno de los autores principales, dice que este mapa neuroanatómico robusto, con futuras mejoras, además de sus aplicaciones en neurocirugía, también podrá servir para indagar sobre la evolución cognitiva de los seres humanos en comparación con otros primates.[4]
A multi-modal parcellation of human cerebral cortex
Understanding the amazingly complex human cerebral cortex requires a map (or parcellation) of its major subdivisions, known as cortical areas. Making an accurate areal map has been a century-old objective in neuroscience. Using multi-modal magnetic resonance images from the Human Connectome Project (HCP) and an objective semi-automated neuroanatomical approach, we delineated 180 areas per hemisphere bounded by sharp changes in cortical architecture, function, connectivity, and/or topography in a precisely aligned group average of 210 healthy young adults. We characterized 97 new areas and 83 areas previously reported using post-mortem microscopy or other specialized study-specific approaches. To enable automated delineation and identification of these areas in new HCP subjects and in future studies, we trained a machine-learning classifier to recognize the multi-modal ‘fingerprint’ of each cortical area. This classifier detected the presence of 96.6% of the cortical areas in new subjects, replicated the group parcellation, and could correctly locate areas in individuals with atypical parcellations. The freely available parcellation and classifier will enable substantially improved neuroanatomical precision for studies of the structural and functional organization of human cerebral cortex and its variation across individuals and in development, aging, and disease.[5]
Con animales
Durante el de ratón se gestan patologías como la esquizofrenia o el autismo
El trabajo valida además el controvertido uso de modelos de ratón para el estudio de las patologías humanas, ya que ha puesto de manifiesto que hay más similitudes que diferencias entre el cerebro de roedores y el humano. «Un trozo de corteza cerebral de ratón no se diferencia la del cerebro humano».
Las diferencias más significativas halladas entre ratones y humanos se encuentra en la corteza prefrontal, «una zona que nos diferencia evolutivamente de otras especies», explica Dierssen, que advierte que «hay que tener en cuenta que la mayor parte del desarrollo de esta zona del cerebro tiene lugar después del nacimiento, y depende de la experiencia». Algo que habrá de tenerse en cuenta, apunta, a la hora de estudiar el desarrollo de las patologías: «a nivel prenaltal ya se producen cambios, pero también hay un componente postnatal tan importante o más que el que se produce durante el desarrollo embrionario». Por lo que cree difícil que pueda atribuirse con certeza una patología al desarrollo prenatal exclusivamente.
Mapa de las redes neuronales del cerebro de ratón
Un segundo trabajo del Instituto Allen ha logrado por primera vez establecer el mapa de las redes neuronales del cerebro completo de ratón. Hasta ahora se contaba con mapas parciales de conexiones entre distintas regiones del cerebro, pero este es el primer «conectoma» del cerebro completo de un mamífero. Desde hace un cuarto de siglo se dispone del conectoma del gusano C. elegans, que tiene solo 302 neuronas. Sin embargo, el cerebro del ratón tiene 75 millones de neuronas, organizadas de forma similar a las del humano.
Ambos trabajos se han dado a conocer un año después de que Obama hiciera pública la iniciativa Brain. En esta segunda etapa se ha doblado el presupuesto inicial, que era de cien millones de dólares, para dotar a los neruocientíficos de herramientas capaces de desentrañar el funcionamiento del cerebro.
Fuentes & referencias
- ↑ Revista nature/Cons.21nov 2014
- ↑ https://www.alleninstitute.org/
- ↑ bigbrain/Pagina oficial/Cons.2dic 2014
- ↑ scientificamerican.com/Un nuevo mapa registra áreas desconocidas de la corteza cerebral
- ↑ nature.com/A multi-modal parcellation of human cerebral cortex. Matthew F. Glasser, Timothy S. Coalson, Emma C. Robinson, Carl D. Hacker, John Harwell, Essa Yacoub, Kamil Ugurbil, Jesper Andersson, Christian F. Beckmann, Mark Jenkinson, Stephen M. Smith & David C. Van Essen
Léase en WikicharliE
- Pérdida de memoria por edad es peor en hombres
- Sonda de nanotubos para ver actividad cerebral
- Ondas Cerebrales
- Efecto Flynn
- Porque vemos luces cuando nos rascamos los ojos
- Alzheimer
- Litio
- Qué produce la música en nuestro cerebro
- Trastorno esquizoafectivo
- Cerebro positrónico
- El cerebro y la memoria
Journal Science / Review & Sciences
