Crean el primer mapa tridimensional de una parte del cerebro de un mamífero

Por Julio García G. / Periodista de Ciencia

Comprender el cerebro humano (el objeto más sofisticado del universo, que nos permite percibir la realidad e interactuar con ella, así como ser conscientes de nosotros mismos y de los demás) ya no será una tarea tan compleja a raíz de un experimento sin precedentes con un ratón.

Y es que, hace unos días, más de 150 científicos anunciaron, mediante ocho artículos publicados en la prestigiosa revista Nature, que han logrado crear el mapa más detallado de una región muy pequeña -apenas mide lo que un grano de sal– de la corteza cerebral de un mamífero.

La emoción que suscita este mapa –comparable, seguramente, con la emoción que experimentaron los antiguos exploradores cuando se echaron a la mar para descubrir nuevos continentes plagados de misterios, incertidumbre y, a la vez, de nuevas posibilidades- se debe a que es a color y en tercera dimensión. Y, por si fuera poco, contiene más de 200,000 células cerebrales, de las cuales, alrededor de 82,000 son neuronas.

Además, si se mira detalladamente, posee más de 500 millones de puntos de conexión neuronales (a las conexiones entre neuronas se les denomina sinapsis) y más de 4 kilómetros de cableado.

También, captura la actividad de decenas de miles de neuronas emitiendo señales e interactuando unas con otras. Todo ello con la finalidad de procesar gran parte de la información visual que se estaba produciendo en la corteza cerebral del ratón estudiado.

Detrás de la investigación se encuentra el proyecto Machine Intelligence from Cortical Networks (MICrONS, por sus siglas en inglés), el cual, financiado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Inteligencia (IARPA, por sus siglas en inglés) de Estados Unidos, y por el Instituto Allen (Paul Allen fue el cofundador de Microsoft), busca comprender el funcionamiento del cerebro y quizá, en el futuro, conocer cómo realmente opera la consciencia y la inteligencia (uno de los grandes pendientes para la ciencia).

El experimento

Para cartografiar la región de la corteza visual cerebral los investigadores recurrieron a un ratón, al cual le proyectaron varios fragmentos de la película Matrix.

Mientras el ratón veía las escenas -durante dos horas- lograron registrar cómo se activaban más de 76,000 neuronas.

Posteriormente, cortaron un milímetro cúbico del cerebro del ratón en miles de cortes de tejido. Estos miles de cortes eran aún más delgados que el grosor del cabello humano.

Más tarde fotografiaron cada corte y ensamblaron las imágenes en un complejo mapa en tercera dimensión.

Finalmente, utilizando inteligencia artificial y algoritmos de aprendizaje automático, lograron no solamente realizar un conteo de cada neurona, sino también describir cada una de sus ramificaciones y sinapsis.

El equipo también comparó las neuronas del mapa con aquellas grabaciones de neuronas que se habían activado cuando el ratón vio películas.

Los resultados del experimento mostraron cosas sorprendentes: por ejemplo, descubrieron que las neuronas de la corteza cerebral responden a características visuales similares -como ciertas formas o direcciones de movimiento– independientemente de la distancia que hay entre ellas.

Esto significa que existen neuronas especializadas para registrar cuestiones puramente visuales. Por lo tanto, cada neurona de la corteza posee un objetivo específico y se conecta con otras neuronas –hacen sinapsis con sus pares– cuando van a cumplir con una misión en particular.

Aplicaciones del experimento

Comprender cómo se organizan las neuronas en el cerebro, cómo se producen conexiones entre éstas, ha sido y seguirá siendo uno de los grandes desafíos de un campo que se encuentra en ciernes y a la que los científicos denominan conectoma.

El conectoma -la palabra se parece mucho a genoma, donde se busca cartografiar todas las instrucciones genéticas– es una nueva aproximación al estudio de las enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y la enfermedad de Parkinson. El objetivo es, justamente, crear un mapa completo y detallado del cerebro humano en el que pueda comprenderse tanto la actividad eléctrica de las redes neuronales como su funcionamiento.

Una vez que se tenga el conocimiento de estas redes, los investigadores podrán desarrollar, además, algoritmos de inteligencia artificial más potentes y eficientes que estén basados en el intrincado funcionamiento de nuestro cerebro.

Con esta información, con esta cartografía cerebral, es muy probable que en un futuro puedan desarrollarse medicamentos más eficaces y computadoras cada vez más potentes e inteligentes.

Sobre los alcances de esta nueva investigación, en una entrevista reciente para el periódico El País, Nuno da Costa, uno de los coautores del estudio, y quien trabaja para el Instituto Allen, mencionó que “nuestra inteligencia y nuestra mente son expresiones de la estructura física de nuestro cerebro. Al comprender esta estructura, podemos delimitar y moldear mejor las hipótesis sobre cómo se implementa la inteligencia en este último”.

Así es el proyecto que busca crear el mapa funcional más grande del cerebro. Video: Allen Institute.

Esta comprensión profunda de nuestro cerebro, por ejemplo, conocer cuál es el origen de procesos tan complejos como la consciencia, nos permitirá comprendernos mejor a nosotros mismos y, a su vez, permitirá que se desarrolle inteligencia artificial cada vez más intuitiva y con la capacidad, quizá, de equipararse o superar al cerebro humano en algún punto del tiempo.

Hasta el momento solamente se ha logrado cartografiar el 0,2% del cerebro de un ratón (aún es poco).

De hecho, existen precedentes de que se ha logrado cartografiar el cerebro de animales más simples como la larva de la mosca de la fruta (de ésta apenas se han logrado observar 3,300 neuronas y alrededor de 550,000 sinapsis).

Por lo tanto, evidentemente todavía falta cartografiar en su totalidad el cerebro de los ratones y de otros mamíferos, incluyendo, por supuesto, el cerebro de los seres humanos, el cual, como es sabido, es el más complejo de todos. Y, por su misma complejidad, es el que representa mayores desafíos.