NEUROCIENCIA. Un diagrama de cableado 3D sin precedentes del cerebro humano

Un diagrama de cableado 3D sin precedentes del cerebro humano

 

Una neurona (blanca) se conecta a más de 5000 axones (azul) de otras neuronas, a través de al menos esa misma cantidad de sinapsis (verde)Google Research y Lichtman Lab (Universidad de Harvard). Representaciones de D. Berger (Universidad de Harvard)

Harvard y Google Research han publicado una inmersión sorprendentemente profunda en el cerebro humano, mapeando miles de células y millones de sinapsis en una muestra de tejido cerebral del tamaño de una semilla de amapola. 

10 mayo 2024.- El esfuerzo produjo algunas imágenes impresionantes y marca un paso importante hacia uno de los mayores desafíos de la ciencia.

Puede que no sea exagerado decir que el cerebro humano es lo más complejo que existe. Apiñados en tu cráneo hay alrededor de 86 mil millones de neuronas conectadas entre sí a través de 100 billones de sinapsis, y de esta red enredada de grasa de tocino surge de alguna manera la totalidad de tu ser: todos los pensamientos, emociones, esperanzas, recuerdos embarazosos, comidas favoritas, cosas raras, lo que haces cuando nadie está mirando.

La máxima ironía es que el cerebro humano es tan absolutamente complejo que le resulta casi imposible comprenderse verdaderamente a sí mismo, a pesar de su poder de procesamiento. Pero eso no impide que los equipos de científicos intenten construir un diagrama de cableado completo del cerebro humano, conocido como " conectoma ".

Investigadores de Harvard y Google han creado un mapa 3D completo de casi todas las neuronas dentro de una pequeña sección del tejido cerebral humano.Google Research y Lichtman Lab (Universidad de Harvard). Representaciones de D. Berger (Universidad de Harvard)


Ahora, un equipo de Harvard y Google Research han logrado un gran avance al publicar el conjunto de datos más grande jamás creado sobre conexiones neuronales en un cerebro humano. O al menos, un pequeño trozo de uno: esta muestra medía sólo 1 mm 3 , o aproximadamente el tamaño de una sola semilla de amapola. Pero en ese espacio hay una increíble cantidad de 57.000 neuronas, 230 mm de vasos sanguíneos y 150 millones de sinapsis.

El mapeo de esta pequeña porción de cerebro generó la asombrosa cantidad de 1,4 petabytes (PB), o 1,4 millones de GB, de datos. Pongámoslo en perspectiva con algunos cálculos básicos: un disco Blu-Ray estándar de doble capa puede contener 50 GB. Eso significa mapear solo esta pequeña porción de datos generados por el cerebro, equivalente a 28.000 discos Blu-Ray. ¿Cómo podemos visualizar ese montón? Bueno, cada caja de Blu-Ray tiene 13 mm de grosor, por lo que si las apilas todas tienen 364 m de altura, o más que la Estatua de la Libertad que se encuentra en lo alto de la Torre Eiffel. Todo eso sólo para mapear una semilla de amapola.

Si realmente queremos resumir esto, se estima que el cerebro humano (el medio de almacenamiento de datos más denso que conocemos) tiene una capacidad de almacenamiento de datos de 2,5 PB. Eso significa que un cerebro se quedaría sin espacio después de haber sido cargado con datos que describen sólo un milímetro cúbico y medio de sí mismo. Mapear el cerebro humano completo requeriría aproximadamente 1 exabyte (EB) de datos, que es la escala de los centros de datos del CERN para el Gran Colisionador de Hadrones.

Una imagen de cerca de neuronas excitadoras, cada una de entre 15 y 30 micrómetros de ancho en su núcleo.

Puede ser difícil entender números como este, por lo que la mejor manera de apreciar los datos es mirando los impresionantes mapas. Los investigadores codificaron por colores las neuronas de la muestra según su tamaño y tipo, lo que crea imágenes que parecen bosques densos. La región del cerebro capturada aquí es parte del lóbulo temporal anterior, responsable de la memoria semántica. Esto significa que las señales eléctricas que zumban a través de la jungla que se ven aquí contienen el conocimiento de esta persona sobre objetos, palabras, hechos y otras personas.

Realmente te deja atónito darte cuenta de que justo en este momento, las mismas neuronas que estás mirando se están activando dentro de tu propia cabeza mientras intentan encontrarle sentido a verse a sí mismas por primera vez.

Además de mostrar lo increíblemente bien conectadas que están las neuronas, las imágenes revelan otras cosas inesperadas. Algunos grupos de neuronas parecían aparecer en pares reflejados, por razones desconocidas. Otros mostraron lo que el equipo llama "verticilos de axones", donde las partes de filamentos largos de las neuronas formarían montones en bucle de una manera nunca antes vista. Los investigadores dicen que podría ser un síntoma desconocido de epilepsia, ya que el paciente del que se tomó la muestra padecía la enfermedad, o podría ser simplemente una ocurrencia rara en el tejido cerebral sano.

Los verticilos de los axones se pueden ver en azul, formando extraños bucles que a veces se asientan en la superficie de otras neuronas.


Por supuesto, esta muestra es sólo un pequeño paso hacia el objetivo final de mapear todo el cerebro humano, pero no hace falta decir que todavía estamos muy lejos de eso. Hasta ahora, los investigadores han pasado de un cerebro completo de gusano a medio cerebro de mosca de la fruta, y ahora a esta pequeña sección de cerebro humano, y la siguiente fase se centra en ratones.

La investigación fue publicada en la revista Science . Los investigadores explican el trabajo en el siguiente vídeo.


Fuentes: Harvard , Google Research

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