Si extendiéramos los vasos sanguíneos de nuestro cerebro, abrazarían la circunferencia de la Tierra cuatro veces. En solo mil 400 gramos de materia albergamos entre 10 y 100 mil millones de neuronas, y cada una de ellas establece hasta 50 mil conexiones con sus células vecinas.
Este órgano es un banco ilimitado de información. Cada fragmento del cerebro encierra una poderosa fuente de conocimiento que paulatinamente ha ido creciendo.
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Cartografía cerebral
A principios del siglo pasado se publicó el primer mapa completo de las regiones del córtex cerebral y a lo largo de todo ese siglo se fue avanzando en la cartografía cerebral mediante las técnicas de neuroimagen y los avances en las ciencias de la computación; sin embargo, es hasta este siglo cuando se han concretado algunos de los más grandes proyectos de mapas de cerebros que han servido para estudiar de manera más puntual y certera sus complejas estructuras.
Precisamente hace unos días finalizó en Marsella, Francia, una cumbre que celebró una década del Proyecto del Cerebro Humano (HBP), un proyecto científico europeo que ha buscado vincular la investigación del cerebro con la informática y la tecnología mediante un enfoque interdisciplinario a gran escala.
Una de sus grandes contribuciones es la infraestructura de investigación EBRAINS, la cual brinda acceso abierto a tecnologías, herramientas, datos y servicios avanzados para la investigación del cerebro que permanecerá disponible para la comunidad científica más allá de septiembre de 2023, fecha que cierra la investigación.
Un ejemplo del impacto de estos avances lo subrayaba la neurocientífica Nicola Palomero-Gallagher. Para ella, trabajar con las secciones digitalizadas del cerebro le ha reducido el trabajo de días a minutos, además de que la gran cantidad de datos que antes sólo era posible manejar en súper computadoras, ahora se puede trabajar fácilmente mediante una computadora portátil.
Este 2023 también cumple 10 años de haber sido publicado otro de los grandes atlas del cerebro humano. Mediante el proyecto BigBrain, una iniciativa de los centros de investigación Montreal Neurological Institute y German Forschungszentrum Jülich, se creó un detallado mapa en 3D de un cerebro. El atlas tridimensional contiene más de 250 mapas citoarquitectónicos de áreas cerebrales. Se utilizó el órgano sano de una mujer fallecida a los 65 años; su cerebro fue escaneado mediante resonancia magnética y después seccionado en alrededor de 7 mil 500 fragmentos de 20 micras de grosor. Las partes se escanearon y digitalizaron para crear valiosos datos de libre acceso.
Otro de los grandes proyectos de los últimos años para mapear el cerebro humano es el proyecto Human Connectome, una iniciativa impulsada por los Institutos Nacionales de la Salud de Estados Unidos que reunió datos de neuroimagen del cerebro de más de mil personas para crear un conectoma, un gran mapa de conexiones por las que discurren los procesos cerebrales. Se dice que el conectoma es al cerebro lo que el genoma al código genético.
Para comprender cómo funciona nuestro cerebro, no se puede evitar investigar cómo las diferentes regiones del cerebro están conectadas entre sí por medio de fibras nerviosas. Es así que mediante el llamado conectoma se busca determinar, a distintas escalas, todas las conexiones que existen entre las neuronas y por tanto, a mayor escala, entre las zonas cerebrales.
En una de las ediciones más recientes de la revista Science, se habla de cómo se estructura el conectoma del cerebro en diferentes escalas espaciales, desde el nivel molecular y celular hasta el nivel macro para evaluar los métodos existentes y los requisitos futuros para comprender la compleja organización del cerebro.
El Centro de Coordinación del Conectoma (CCF) alberga y distribuye datos de investigación para una serie de estudios que se enfocan precisamente en las conexiones dentro del cerebro humano.
Beneficios a corto y largo plazo
Entre los múltiples estudios que se han visto beneficiados con los datos generados por estos mapas, se encuentra una reciente investigación de la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford en California sobre la bulimia, un trastorno alimenticio potencialmente mortal caracterizado por la ingesta compulsiva de alimentos para posteriormente llevar a cabo prácticas para evitar subir de peso, como vomitar, laxarse, realizar ejercicio físico excesivo o ayunar.
Se estima que los trastornos alimenticios afectan en todo el mundo a siete de cada mil mujeres y a dos de cada mil hombres. La bulimia es quizá el trastorno de la alimentación más común, pero es el menos estudiado en términos de mecanismos bioconductuales. Recientes estudios de los especialistas de Stanford brindan nuevas pistas para abordar este problema. Los escáneres cerebrales de personas con bulimia mostraron una actividad alterada en áreas vinculadas a la formación de hábitos.
Se revelaron cambios en áreas clave como el putamen, una estructura cerebral que forma parte de la región anatómico-funcional conocida como “ganglios basales”. Regula la motricidad voluntaria, los hábitos automáticos y el aprendizaje. Está constituido por materia gris, es decir, por cuerpos de neuronas, dendritas amielínicas y células gliales. Esto podría allanar el camino para tratamientos que se dirijan de manera específica a los circuitos cerebrales implicados en tales trastornos.
Los especialistas involucrados en el estudio abren horizontes para tratar con otros acercamientos las enfermedades psiquiátricas. Se podrían utilizar técnicas como la estimulación cerebral profunda o la estimulación magnética transcraneal (EMT) que actúe de manera específica en los circuitos cerebrales involucrados. La EMT es una técnica que permite la modulación de redes neuronales en individuos con trastornos neuropsiquiátricos que no han respondido adecuadamente a otro tipo de tratamientos.
Los investigadores consideran que este tipo de técnicas tienen gran potencial para fines terapéuticos en diversas enfermedades neurológicas y psiquiátricas, tanto en niños como en adultos. También en el caso de la depresión esta herramienta está siendo explorada para personas que no responden al tratamiento farmacológico, pero incluso un mayor conocimiento del cerebro también podría contribuir a crear moléculas más específicas según el padecimiento.
El reto para el desarrollo de nuevas terapias de mayor precisión es un mejor conocimiento del cerebro y sus mecanismos de interacción. Incluso en un futuro más lejano se podría utilizar este conjunto de datos para tratar enfermedades neurodegenerativas, pues tener modelos cerebrales precisos brinda una base sólida para desarrollar nuevos enfoques confiables para sondear el cerebro. Es así que los métodos de neuroimagen han permitido intercalar las imágenes cerebrales de gran definición y herramientas de la Inteligencia artificial (IA) para obtener descripciones detalladas de la organización interna de las regiones del cerebro en términos de morfología local, densidades celulares o conectividad.
Las herramientas de neuroimagen 3D comunes no pueden reproducir los detalles anatómicos para regiones corticales muy complicadas y en las áreas subcorticales. Con la llegada de técnicas más sofisticas de cartografía y recreación de un cerebro, los especialistas buscan una mejora en la precisión y la calidad del soporte de neuroimagen para la investigación cualitativa y cuantitativa del cerebro que derive en todo tipo de terapias más puntuales según las áreas del cerebro que están relacionadas con los padecimientos.
El objetivo final es integrar datos multimodales para construir plataformas informáticas de intercambio global que brinden nuevas herramientas para el estudio del cerebro, esa sofisticada maquinaria capaz de mandar un mensaje a nuestro organismo a 360 kilómetros por hora, pero que aún viaja en terreno desconocido.
