El tejido del cerebro humano, cuando se observa por primera vez bajo el microscopio, se asemeja a un laberinto intrincado y confuso. Santiago Ramón y Cajal, considerado el padre de la neurociencia moderna, lo comparó con adentrarse en un vasto bosque con cien mil millones de árboles, donde a diario solo se vislumbran fragmentos borrosos de unos cuantos de estos árboles entrelazados. Luego, después de años de estudio, se pretende elaborar una guía ilustrada de este bosque, como lo describen los autores de The Beautiful Brain, un libro que rinde homenaje al trabajo de Ramón y Cajal.
Hoy en día, este bosque empieza a despejarse, y lo que una vez parecía una tarea imposible comienza a materializarse. En un conjunto de 21 nuevos artículos publicados en tres prestigiosas revistas científicas, un equipo de científicos ha presentado un atlas de células cerebrales a gran escala, abarcando tanto cerebros humanos como de primates no humanos. Este logro marca un hito significativo en la Iniciativa BRAIN, auspiciada por los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU., que ha dedicado cinco años de investigación a esta empresa. Este atlas es mucho más que un simple mapa; representa el acceso a un nuevo mundo de conocimiento, permitiendo la observación de cerebros con una resolución celular nunca antes alcanzada.
El atlas cerebral en profundidad: ¿qué lo distingue?
Los atlas cerebrales son representaciones tridimensionales de la estructura cerebral. Aunque existen algunos atlas previos, este nuevo compendio de documentos ofrece una resolución sin precedentes, abarcando todo el cerebro humano y el de primates no humanos. El atlas del cerebro humano proporciona información detallada sobre la ubicación y la taxonomía de más de 3,000 tipos celulares en individuos tanto adultos como en desarrollo. A pesar de que aún se trata de un primer borrador, se considera la descripción más completa del cerebro humano en este nivel, incluyendo datos de regiones cerebrales que jamás se habían explorado.
Este logro es una parte integral de la Red de Censos Celulares de la Iniciativa BRAIN, que se estableció en 2017 con el propósito de crear un atlas completo en 3D de células cerebrales de referencia en ratones, un proyecto que aún sigue en curso. Los resultados presentados el 12 de octubre surgieron como parte de un conjunto de estudios piloto para determinar si los métodos exitosos en ratones serían igualmente eficaces en cerebros de mayor tamaño. Las conclusiones son claras: los métodos funcionaron extraordinariamente bien.
Los descubrimientos en los primeros estudios
El cerebro humano, como era de esperar, se ha revelado como un entramado extremadamente complejo. Hasta la fecha, los investigadores han identificado más de 3,300 tipos diferentes de células cerebrales. A medida que avance la investigación y se mejore la resolución, es probable que se descubran aún más tipos celulares. Los esfuerzos para confeccionar un atlas del cerebro de ratón, que se encuentra en una fase más avanzada, han identificado hasta 5,000 tipos celulares.
En medio de toda esta complejidad, existen ciertos patrones comunes. Por ejemplo, se ha notado que muchas regiones comparten tipos celulares similares, aunque en diferentes proporciones. Además, ha resultado sorprendente descubrir que la mayoría de la diversidad celular no reside en las regiones cerebrales más conocidas y estudiadas, sino en las estructuras cerebrales más antiguas y primitivas.
El proceso de creación del atlas
La clasificación celular en neurociencia se ha basado tradicionalmente en la forma y la función. Algunas células se describen en función de su forma física, como los astrocitos, que poseen una forma estrellada, mientras que otras se agrupan según su actividad, como las interneuronas que transmiten impulsos eléctricos rápidos. Sin embargo, este nuevo atlas cerebral aprovecha un conjunto de tecnologías emergentes derivadas de la genómica, especialmente la técnica de secuenciación unicelular.
El proceso comienza con la obtención de pequeñas muestras de tejido cerebral congelado provenientes de bancos de tejidos. Estos fragmentos se trituran, y a continuación, se extraen las secuencias de ADN de los núcleos de las células para analizar los genes que se expresan. Cada tipo de célula tiene un conjunto específico de genes que suelen activarse, lo que permite agrupar las células de acuerdo a sus patrones de expresión génica. Finalmente, se integran estos datos en imágenes del cerebro del donante, lo que proporciona la ubicación espacial de esta información funcional.
Aplicaciones futuras de los atlas cerebrales
Los atlas de células cerebrales tienen un potencial extraordinario para revolucionar nuestra comprensión de las enfermedades cerebrales. Un atlas de referencia que describa un cerebro humano «normal» proporcionará una base sólida para la investigación de condiciones como la depresión, la esquizofrenia y muchas otras enfermedades neurológicas. Tomemos, por ejemplo, el Alzheimer; los mismos métodos utilizados para crear el atlas podrían emplearse para caracterizar los cerebros de individuos en diferentes etapas de deterioro cognitivo causado por esta enfermedad, permitiendo la comparación con el atlas de referencia. Estas investigaciones podrían responder preguntas esenciales, como si ciertos tipos de células cerebrales son vulnerables o causales en estas enfermedades, desviando la atención de las placas y ovillos característicos del Alzheimer hacia los tipos específicos de neuronas que son los elementos esenciales del circuito y que se ven afectados con consecuencias funcionales.
El próximo paso: más resolución
La siguiente fase de la Iniciativa BRAIN implica mejorar la resolución. «La meta es alcanzar una cobertura integral de cerebros humanos y de primates no humanos a lo largo de su vida, tanto en la etapa adulta como en el desarrollo», explica Ed Lein. Este ambicioso proyecto ya está en marcha bajo el nombre de la Red del Atlas Celular de la Iniciativa BRAIN. Este esfuerzo de cinco años cuenta con un presupuesto de 500 millones de dólares y se enfoca en crear un atlas de referencia completo de los tipos celulares cerebrales en los cerebros humanos a lo largo de toda la vida, además de mapear las interacciones celulares subyacentes a una amplia gama de trastornos cerebrales.
Este nivel de detalle es algo que Ramón y Cajal no podría haber siquiera imaginado en sus días. El progreso en la neurociencia continúa desvelando los secretos del cerebro humano y, con ello, abre la puerta a un futuro en el que la comprensión de enfermedades neurológicas y la mejora de la salud cerebral puedan ser una realidad.
El futuro
Este emocionante avance en la neurociencia promete arrojar luz sobre las complejidades de la mente humana de maneras que antes eran impensables. A medida que los atlas cerebrales continúen desarrollándose y mejorando su resolución, la esperanza es que podamos abordar con mayor eficacia las enfermedades cerebrales y proporcionar tratamientos más específicos y personalizados. El futuro de la neurociencia es emocionante, y cada descubrimiento nos acerca un poco más a desentrañar los misterios del cerebro humano y sus trastornos. Este es un avance que impactará no solo a la comunidad científica, sino a la sociedad en su conjunto, ya que la salud cerebral es un desafío global que afecta a millones de personas en todo el mundo. A medida que continuemos avanzando en nuestro entendimiento de este órgano asombroso, el potencial para mejorar la calidad de vida de muchas personas se vuelve cada vez más tangible. El proyecto sigue en marcha, hasta donde llegaremos en el conocimiento de nuestro cerebro aún está lejos de saberse…