Harvard y Google se unen para crear la reconstrucción 3D más detallada del tejido cerebral humano realizada hasta ahora. No solo ha brindado datos importantes sobre la complejidad neuronal en los seres humanos, también han descubierto que ese pequeño milímetro cúbico de cerebro se traduce en 1.400 terabytes de datos.

Imagínese explorar el intrincado mundo que encierra un solo milímetro cúbico de tejido cerebral humano. Puede parecer insignificante, pero en ese diminuto espacio se esconde un universo de complejidad: 57.000 células individuales, 230 milímetros de vasos sanguíneos y la asombrosa cifra de 150 millones de sinapsis, las uniones por las que se comunican las neuronas.

Toda esta información se traduce en unos alucinantes 1.400 terabytes de datos. Ese es el tipo de logro revolucionario que acaban de conseguir los investigadores de Harvard y Google.

Harvard y Google AI se asocian para cartografiar la corteza cerebral

En Harvard, el profesor Jeff Lichtman, un reputado experto en estructuras cerebrales, encabeza la iniciativa. En colaboración con Google AI, el equipo de Lichtman ha creado la reconstrucción en 3D más detallada hasta la fecha de un fragmento de cerebro humano.

Un fragmento del cerebro humano, mapeado. Crédito de imagen: Google Research and Lichtman Lab

Este intrincado mapa, publicado en Science, ofrece una visión sin precedentes de la corteza temporal humana, la región responsable de la memoria y otras funciones superiores. Imagínese un trozo de tejido cerebral de aproximadamente la mitad del tamaño de un grano de arroz, pero ampliado para mostrar cada célula y su red de conexiones neuronales con todo detalle.

Esta extraordinaria hazaña es la culminación de casi una década de colaboración entre Harvard y Google. La experiencia de Lichtman en microscopía electrónica se combina con los algoritmos de IA de vanguardia de Google.

Estos algoritmos son como pinceles digitales, que meticulosamente codifican por colores y reconstruyen el diagrama de cableado inmensamente complejo del cerebro de los mamíferos.

Cartografía de todo el cerebro de un ratón

El objetivo último de esta colaboración, impulsada por la National Institutes of Health BRAIN Initiative, es aún más ambicioso: crear un mapa de alta resolución de toda la red neuronal del cerebro de un ratón. Para ello sería necesario procesar unas 1.000 veces los datos generados por el actual fragmento de corteza cerebral humana.

Como señala el propio profesor Lichtman, el término “fragmento” resulta un tanto irónico cuando se trata de volúmenes de datos tan inmensos. “Un terabyte es una cantidad enorme de datos para la mayoría de la gente”, afirma, “sin embargo, este fragmento de cerebro humano -un trocito minúsculo y pequeñito- sigue siendo miles de terabytes”.

El mapa recién publicado en Science revela detalles inéditos de la estructura cerebral. Uno de esos descubrimientos es un raro pero potente conjunto de axones, cada uno conectado por hasta 50 sinapsis, que influyen potencialmente en un número significativo de neuronas vecinas.

Crédito de imagen: depositphotos.com

Encontraron estructuras inesperadas

El equipo también encontró estructuras inesperadas, como un pequeño número de axones formando intrincados verticilos. Dado que la muestra procedía de un paciente con epilepsia, no está claro si estas formaciones son específicas de la enfermedad o simplemente poco frecuentes.

Nuevos conocimientos sobre el funcionamiento del cerebro y las enfermedades cerebrales

El campo de estudio del profesor Lichtman, la conectómica, es similar a la genómica. Su objetivo es crear catálogos completos de la estructura cerebral, detallando cada célula y sus conexiones neuronales.

Estos “mapas cerebrales” encierran un inmenso potencial para desvelar nuevos conocimientos sobre el funcionamiento del cerebro y las enfermedades, ámbitos en los que la comprensión científica sigue siendo limitada. La IA de Google desempeña un papel fundamental en este empeño, ya que permite reconstruir y visualizar el tejido cerebral en tres dimensiones.

El equipo ha dado incluso un paso más al crear un conjunto de herramientas de acceso público que permiten a otros investigadores examinar y contribuir a este conectoma en constante evolución.

Viren Jain, colaborador de Google Research, dijo en un comunicado:

“Con el enorme esfuerzo invertido en este proyecto era crucial poner los resultados a disposición de la comunidad científica en general. Así, todo el mundo puede beneficiarse de este valioso recurso”.

De cara al futuro, el equipo de investigación tiene la vista puesta en la formación hipocampal del ratón, una región crucial para la memoria e implicada en diversos trastornos neurológicos. Al desentrañar su intrincado cableado, esperan arrojar luz sobre los mecanismos subyacentes a la memoria y allanar el camino para nuevos tratamientos de enfermedades neurológicas.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en Science.

Fuente: The Harvard Gazette

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