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- Autor, Soutik Biswas
- Título del autor, Corresponsal de la BBC, India
- Fecha de publicación 1 hora
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Durante más de cien años, los neurocientíficos han abordado el estudio del cerebro humano de modo similar a como los cartógrafos antiguos dibujaban mapas de regiones desconocidas: compilando una visión extensa a partir de fragmentos de observaciones.
Aún hoy, los patólogos que evalúan enfermedades como el Alzheimer suelen analizar solo una pequeña porción del tejido de un órgano que alberga aproximadamente 80.000 millones de neuronas. Gran parte de su realidad permanece oculta.
Por ello, los investigadores del Centro para el Cerebro Sudha Gopalakrishnan (SCBC) del Instituto de Tecnología Indio en Madrás (IIT-M) creen haber dado un avance clave para cubrir una de las lagunas más grandes en neurociencia.
Han elaborado lo que definen como el atlas tridimensional del tronco encefálico humano con mayor detalle a nivel mundial, un mapa digital que permite a los expertos navegar sin interrupciones desde resonancias magnéticas del cerebro completo hasta neuronas individuales.
Denominado ANCHOR (siglas en inglés de Atlas de la Caracterización Neuroquímica del Tronco Encefálico Humano con Reconstrucción en 3D), su creación integra más de 500 cortes de tejido cerebral de fetos, niños y adultos.
Construido a partir de imágenes microscópicas de alta resolución en lugar de emplear costosas técnicas moleculares, su enfoque da lugar a un mapa tridimensional detallado del tronco encefálico, identificando más de 200 agrupaciones celulares y rutas neuronales.
Ocho marcadores químicos diferencian los diversos tipos celulares, generando una de las representaciones más nítidas de esta zona vital y poco explorada del cerebro.
Aunque el tronco encefálico ocupa solo una pequeña área del cerebro, conserva la vida del organismo. Conecta el cerebro con la médula espinal y regula funciones como la respiración, el ritmo cardíaco, los ciclos de sueño y vigilia, además del movimiento.
Los daños a sus diminutos grupos celulares pueden tener consecuencias graves, pero la compleja estructura de esta región ha dificultado durante mucho tiempo su mapeo detallado.
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Un sueño
La relevancia de ANCHOR no radica solo en la creación de un nuevo mapa anatómico, sino en unir dos ámbitos que hasta ahora se habían mantenido separados: la imagen médica, que representa el cerebro en su conjunto, y la patología celular, que lo descompone en cada célula individual.
“Estamos observando un proyecto pionero que posiciona a India en la primera línea a nivel mundial”, afirma Shubha Tole, neurocientífica india del Instituto Tata de Investigación Fundamental, y describe el programa como una “integración sin precedente” entre ingeniería, neurociencia y medicina.
Usualmente, los médicos comienzan evaluando el cerebro entero durante una autopsia o en muestras obtenidas en neurocirugía. El cerebro adulto suele pesar entre 1,2 y 1,5 kg, y sus pliegues junto con sus estructuras principales ofrecen datos importantes antes del análisis microscópico.
“Como neuropatóloga, inicio con una inspección visual del cerebro completo antes de estudiar fragmentos reducidos bajo el microscopio”, explica Rebecca Folkerth, vinculada a la Escuela de Medicina de Harvard y la Universidad de Nueva York, quien colaboró con el equipo del SGBC.
“En el caso de la enfermedad de Alzheimer, se examina solo entre 15 y 20 secciones, menos del 1% del órgano total”.
Esta práctica procede desde los pioneros estudios del neurocientífico español Santiago Ramón y Cajal hace más de 100 años. Las resonancias magnéticas modernas muestran el cerebro completo pero carecen de detalle celular; los microscopios ofrecen detalle celular, pero solo en fragmentos aislados.
“Lo que el centro indio ha logrado es justamente aquello que imaginaba al inicio de mi carrera: que las imágenes cerebrales pudieran igualar la anatomía microscópica”, comentó a la BBC Rebecca Folkerth, quien ha analizado miles de cerebros durante más de 30 años.
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Disponible en internet
El objetivo de ANCHOR es superar esa separación.
Los usuarios pueden hacer zoom desde la imagen completa del tronco encefálico hasta cada neurona individual manteniendo la precisión espacial. El atlas está disponible en línea de manera gratuita, con la intención de que sirva como recurso de referencia para neurocientíficos, neurólogos y neurocirujanos globalmente.
Sus usos podrían ir más allá del ámbito anatómico.
La comparación entre mapas de troncos encefálicos sanos y tejidos afectados facilitaría la comprensión de patologías como Parkinson, accidentes cerebrovasculares, Alzheimer y síndrome de muerte súbita infantil (SMSL). Además, los mapas más precisos apoyarían a los neurocirujanos durante intervenciones en esta delicada zona cerebral.
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ANCHOR no es una herramienta para diagnóstico médico. Su mayor valor radica en las cuestiones que puede ayudar a responder.
Partha Mitra, científico cerebral del Laboratorio Cord Spring de Nueva York, que ha colaborado con el SGBC, afirma que atlas cerebrales detallados como este pueden provocar un «cambio radical» en la investigación de enfermedades neurológicas, al mostrar, célula por célula, las diferencias entre cerebros afectados por patologías como Alzheimer o autismo y cerebros sanos.
Además, podrían ayudar a explicar cómo infecciones como covid-19 pueden causar daños neurológicos prolongados, señaló Mitra en conversación con la BBC.
Tomando el accidente cerebrovascular como ejemplo, Folkerth indica que el atlas ha revelado características nuevas que podrían asistir a los médicos en preservar tejido cerebral dañado pero recuperable, mejorando así el pronóstico. Otros expertos sugieren que esta herramienta también facilitará que neurocirujanos naveguen el tronco encefálico con mayor seguridad.
Simpleza y costo reducido
Uno de los atractivos de este atlas es su sencillez. Al utilizar imágenes de alta resolución de cortes delgados de tejido cerebral post mortem, proporciona un mapeo detallado a nivel celular con un costo accesible.
Según Mitra, esta aproximación hizo viable un mapeo del tronco encefálico sin precedentes.
El logro refleja una evolución más amplia en neurociencia, donde el avance depende tanto de la ingeniería y la computación como de la biología.
Un equipo de unos 20 científicos dedicó 18 meses en el SGBC para analizar manualmente más de 200 secciones cerebrales, combinando resonancias magnéticas, anatomía microscópica y reconstrucción 3D para construir un atlas digital único. Actualmente, el centro agrupa alrededor de 200 investigadores, ingenieros y técnicos que colaboran con expertos a nivel mundial.
Este resultado ayuda a cubrir una notable brecha en la neurociencia.
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Aunque los cerebros de diversas especies animales han sido mapeados con gran detalle, el cerebro humano ha sido relativamente poco explorado, debido a la escasez de estudios detallados sobre tejido cerebral humano, explicó a la BBC Mohanasankar Sivaprakasam, director del SGBC.
Esto no implica que no existan atlas cerebrales humanos. “Cada atlas cumple un propósito diferente”, puntualizó Mitra.
Los atlas basados en resonancias muestran la estructura general del cerebro, pero no su composición celular. Los atlas histológicos mapean la arquitectura con resolución celular a partir de imágenes microscópicas de cortes. Técnicas moleculares avanzadas van más allá, identificando con precisión cada célula.
Sin embargo, el conocimiento sobre la distribución de cerca de 20.000 proteínas cerebrales en regiones y tipos celulares diversos aún es limitado, lo que probablemente marcará el siguiente avance en el mapeo cerebral.
“Cada cerebro —afirma Folkerth— es una fuente de conocimiento nuevo”.
El SGBC planea escanear más de 100 cerebros humanos completos de distintas etapas de la vida y con diversos trastornos neurológicos, incluyendo Alzheimer y demencia, para crear una biblioteca de referencia que permita entender cómo estas enfermedades reformulan el cerebro célula por célula.
Este nuevo atlas no resolverá todos los enigmas del cerebro humano, pero al proporcionar un mapa más específico, podrá apoyar a los científicos a plantear y responder preguntas más precisas.