Un macroproyecto publica el atlas del cerebro, un mapa para entender qu¨¦ nos hace humanos

En el a?o 1600 se produjo un momento estelar de la historia de la ciencia. Tycho Brahe, un noble dan¨¦s obsesionado por medir con precisi¨®n los movimientos de los astros, se encontr¨® en Praga con Johannes Kepler, un alem¨¢n de origen humilde con una inclinaci¨®n por la m¨ªstica y la ciencia que hoy parece contradictoria. Kepler, inspirado por Cop¨¦rnico, intu¨ªa que el sistema solar ten¨ªa m¨¢s sentido con la estrella en el centro, pero necesitaba datos para corroborar su modelo. En aquella ¨¦poca, los astr¨®nomos elaboraban cartas de navegaci¨®n y predicciones astrol¨®gicas con observaciones burdas recogidas siglos antes y pocos consideraban necesario recabar medidas precisas. Brahe hab¨ªa acumulado esas medidas, pero mantuvo la Tierra en el centro de su sistema solar y ocult¨® sus observaciones a Kepler, que solo pudo verlas tras la muerte del dan¨¦s, en 1601. Aquellos datos permitieron a Kepler describir matem¨¢ticamente los movimientos de los planetas alrededor del Sol y allan¨® el camino para que Isaac Newton nos explicase, con la gravedad, por qu¨¦ se mueven as¨ª.

Cuatro siglos despu¨¦s, los cient¨ªficos aspiran a una revoluci¨®n cient¨ªfica igual de significativa o m¨¢s que la liderada por los que descubrieron la posici¨®n de la Tierra en el cosmos. Pese al progreso de la neurociencia desde los a?os de Santiago Ram¨®n y Cajal, lo que se desconoce sobre el cerebro, sobre c¨®mo genera la consciencia o la memoria o sobre c¨®mo curar muchas enfermedades neurol¨®gicas sigue siendo much¨ªsimo. La revista Science publica hoy una serie de art¨ªculos que muestran el esfuerzo por obtener los datos que son la base de cualquier avance significativo del conocimiento.

Los trabajos son parte de la Brain Initiative Cell Census Network (BICCN), un proyecto lanzado en 2017 por los Institutos Nacionales de Salud de EE UU (NIH, por sus siglas en ingl¨¦s). El proyecto involucra a cientos de cient¨ªficos que utilizan las ¨²ltimas tecnolog¨ªas para localizar las c¨¦lulas en cerebros de humanos y otros animales, y caracterizarlas una a una por su expresi¨®n gen¨¦tica, su forma y otros rasgos. Ya lo han hecho con m¨¢s de 3.000 tipos de c¨¦lulas humanas, revelando aspectos que las distinguen de las de otros primates y que permitir¨¢n identificar, por ejemplo, cu¨¢les de ellas son m¨¢s propensas a mutaciones espec¨ªficas que causan enfermedades neurol¨®gicas.

Uno de los hallazgos de la colaboraci¨®n es que, como en la cocina, con los mismos ingredientes se pueden preparar distintos guisos. Aunque hay c¨¦lulas propias de algunas regiones cerebrales, muchas diferencias entre regiones se producen porque tienen distintas proporciones de los mismos tipos celulares. Seg¨²n explican en uno de los art¨ªculos Alyssa Weninger y Paola Arlotta, de las universidades de Carolina del Norte y Harvard, respectivamente, hay excepciones a esta regla general. Por ejemplo, la corteza visual primaria conten¨ªa tipos de neuronas inhibidoras particulares. Los datos muestran que la evoluci¨®n no ha producido la aparici¨®n de nuevos tipos de c¨¦lulas cerebrales que justifiquen las distintas funciones del cerebro, sino que son peque?as variaciones dentro de los mismos tipos celulares y cambios en la abundancia de estas c¨¦lulas por regi¨®n los que crean circuitos cerebrales distintos.

No hay un cerebro humano

Juan Lerma, investigador del Instituto de Neurociencias de Alicante, apunta que la ingente cantidad de datos obtenidos con las nuevas t¨¦cnicas ¡°no va a darnos la soluci¨®n a los problemas del conocimiento del cerebro humano y pone de manifiesto cosas que ya se sab¨ªan, pero esta es la manera de demostrar que el conocimiento es s¨®lido¡±. Uno de los aspectos destacados para Lerma es la gran variabilidad que se encuentra entre cerebros, ¡°algo que se hab¨ªa visto en las pruebas de imagen cerebral no invasivas en humanos¡±.

¡°Esto nos dice que es importante que los estudios en humanos incluyan un gran n¨²mero de casos, porque puedes tener un estudio con 500 cerebros que te d¨¦ unos resultados y, despu¨¦s, haces un an¨¢lisis de 30 de esos cerebros y los resultados son diferentes¡±, ejemplifica. En un estudio liderado por Nelson Johansen, del Instituto Allen, en Seattle (EE UU), se analiz¨® la expresi¨®n gen¨¦tica de c¨¦lulas individuales de la corteza cerebral de 75 individuos y solo encontraron peque?as diferencias que se pudiesen explicar por factores como la edad, el sexo, la ascendencia o si proced¨ªa de personas sanas o enfermas. ¡°No existe un humano protot¨ªpico¡±, resumen Weninger y Arlotta.

¡°El conocimiento derivado de estos estudios va a ser fundamental para responder algunas preguntas cl¨¢sicas en neurociencia, como cu¨¢les son las diferencias fundamentales entre el cerebro humano y el de nuestros parientes m¨¢s cercanos, como los chimpanc¨¦s¡±, afirma Ignacio S¨¢ez, investigador en el Hospital Monte Sina¨ª, en Nueva York.

Uno de los trabajos que hoy publica Science, que firma como primer autor Nikolas Jorstad, del Instituto Allen, analiza la expresi¨®n gen¨¦tica de las c¨¦lulas del giro temporal medio, una regi¨®n cr¨ªtica para la comprensi¨®n del lenguaje, en humanos, chimpanc¨¦s, gorilas, macacos y monos tit¨ª. Los investigadores vieron que todos estos primates comparten, en gran parte, los mismos tipos de c¨¦lula que aparecieron en un momento de la evoluci¨®n y se han ido conservando con la aparici¨®n de nuevas especies. Solo unos pocos cientos de genes mostraron pautas de expresi¨®n que solo se ven en humanos. Estos datos sugieren que las obvias diferencias entre un tit¨ª y un humano surgen de unos pocos cambios moleculares y celulares.

Entre los art¨ªculos de Science, tambi¨¦n hay trabajos que analizan c¨¦lulas en momentos clave del desarrollo del cerebro antes y justo despu¨¦s del nacimiento. El conocimiento de estos instantes tambi¨¦n puede ayudar a producir mejores modelos para estudiar el cerebro humano, algo muy dif¨ªcil de hacer con voluntarios de carne y hueso, o entender mejor qu¨¦ modelos animales pueden ser ¨²tiles para avanzar en el conocimiento del ¨®rgano de la conciencia. Arlotta es una referencia internacional en la construcci¨®n de organoides, unos modelos tridimensionales creados a partir de c¨¦lulas madre que simulan la estructura del cerebro.

Javier de Felipe, investigador del CSIC que ha participado en grandes colaboraciones internacionales como el Human Brain Project, cree que este tipo de proyectos ayudan ¡°a mejorar la comunicaci¨®n entre los cient¨ªficos¡±, al poder definir con precisi¨®n ¡°cu¨¢ntos tipos de neuronas hay en el cerebro, que es algo que no conocemos, y tambi¨¦n ver la relaci¨®n que tienen esas caracter¨ªsticas gen¨¦ticas o morfol¨®gicas de las c¨¦lulas con la funci¨®n que desarrollan¡±. ¡°Este tipo de proyectos nos dan muchos datos a los que luego tendremos que empezar a dar sentido¡±, explica. Juan Lerma coincide en que esto, ¡°de una forma similar a lo que signific¨® la secuenciaci¨®n del genoma humano, es un mapa¡±. ¡°Cuando t¨² tienes un mapa de un territorio, lo siguiente que tienes que hacer es empezar a explorar ese territorio¡±, afirma.

Como sucedi¨® hace 400 a?os con Brahe y Kepler, los datos, y las caras y precisas herramientas que se necesitan para cosecharlos, preceder¨¢n a los grandes descubrimientos que cambiar¨¢n nuestra visi¨®n del mundo, tambi¨¦n la de quienes no entienden de transcript¨®mica o de movimientos planetarios. Como entonces, detr¨¢s de este proyecto para conocer todas las c¨¦lulas del cerebro, su localizaci¨®n y sus funciones, est¨¢ el dinero de un magnate. Paul Allen, cofundador de Microsoft y fallecido en 2018, fund¨® en 2003 el Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro, la organizaci¨®n que, junto a los NIH, lidera la iniciativa. A diferencia del noble dan¨¦s, la instituci¨®n creada por el tecnomillonario pondr¨¢ los datos obtenidos en este proyecto a disposici¨®n de todos los nuevos Kepler que intenten conocer la realidad con ellos.

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