La humanidad acaricia el sue?o de entender la mente humana con el mapa m¨¢s completo del cerebro de un rat¨®n

La historia de la ciencia cambi¨® para siempre un d¨ªa del verano de 2011, en un palacete ingl¨¦s llamado Chicheley Hall. All¨ª se reunieron dos decenas largas de expertos en el cerebro y especialistas en el estudio de estructuras de millon¨¦simas partes de mil¨ªmetro, para charlar sobre posibles colaboraciones. El neurocient¨ªfico espa?ol Rafael Yuste se puso en pie y propuso analizar todas las neuronas, una a una. Investigar solo un pu?ado ¡ªproclam¨®¡ª era como intentar ver la televisi¨®n mirando un ¨²nico p¨ªxel. Aquella idea sonaba quijotesca, pero se convirti¨® en la Iniciativa BRAIN, un proyecto gubernamental estadounidense que ya acumula unos 3.000 millones de euros de presupuesto. Sus ¨²ltimos resultados, publicados este mi¨¦rcoles, son impresionantes: el primer mapa casi completo del cerebro de un rat¨®n. El sue?o de conquistar el ¨®rgano del pensamiento humano est¨¢ hoy mucho m¨¢s cerca.

El m¨¦dico espa?ol Santiago Ram¨®n y Cajal comenz¨® en 1888 a elaborar un mapa del cerebro, ¨¦l solo, en su casa de Barcelona. Empez¨® con ¨®rganos de aves, as¨ª que su familia cenaba pollo a menudo. Despu¨¦s pas¨® a ratones, conejos y a cad¨¢veres todav¨ªa calientes de ni?os recogidos en la Inclusa de Madrid. Cajal perfeccion¨® un c¨®ctel qu¨ªmico para te?ir los tejidos y fue el primero en contemplar en su microscopio que el sistema nervioso estaba compuesto por c¨¦lulas individuales: las neuronas. Durante d¨¦cadas, las dibuj¨® a mano, clasific¨¢ndolas por sus enrevesadas formas. Los resultados de este mi¨¦rcoles muestran hasta qu¨¦ punto la ciencia ha dado un salto exponencial. Un consorcio de cientos de cient¨ªficos ha empleado tecnolog¨ªas punta para analizar de manera automatizada m¨¢s de cuatro millones de c¨¦lulas, una a una, revelando de qu¨¦ tipo son y, por primera vez, d¨®nde est¨¢n colocadas exactamente. Es el mapa m¨¢s completo del cerebro de un mam¨ªfero.

Rafael Yuste, catedr¨¢tico de la Universidad de Columbia (Estados Unidos), considera ¡°espectaculares¡± estos nuevos resultados, que se publican en una decena de estudios en la revista Nature, avanzadilla de la mejor ciencia mundial. ¡°Tener una lista de todas las neuronas se puede considerar como una piedra Rosetta del cerebro¡±, afirma Yuste, en alusi¨®n a la roca grabada que permiti¨® descifrar los jerogl¨ªficos egipcios en el siglo XIX.

Todas las c¨¦lulas de un mismo animal comparten un mismo libro de recetas, el ADN, con las instrucciones para fabricar los ladrillos de la vida: las prote¨ªnas. Sin embargo, en un individuo hay miles de tipos de c¨¦lulas muy diferentes, desde las neuronas del cerebro a los gl¨®bulos rojos de la sangre. La explicaci¨®n es que cada c¨¦lula lee unas p¨¢ginas distintas de ese mismo libro de recetas. La biof¨ªsica chinoestadounidense Xiaowei Zhuang, de la Universidad de Harvard, invent¨® en 2015 una nueva tecnolog¨ªa, bautizada MERFISH, que es capaz de ubicar la posici¨®n de cada c¨¦lula y averiguar qu¨¦ p¨¢ginas del ADN se est¨¢n leyendo en ella. Es la llamada transcript¨®mica espacial. Yuste defiende que Zhuang merece el Premio Nobel. ¡°Es una de las mejores cient¨ªficas de nuestra generaci¨®n¡±, se?ala.

El consorcio estadounidense, liderado por la neurocient¨ªfica Hongkui Zeng y la propia Xiaowei Zhuang, ha descrito 34 clases y m¨¢s de 5.300 tipos de c¨¦lulas en el cerebro del rat¨®n, un ¨®rgano que tiene el tama?o de un guisante. Apenas pesa medio gramo, pero contiene unos 70 millones de neuronas. Sin embargo, su complejidad palidece ante la estructura m¨¢s sofisticada sobre la faz de la Tierra: el cerebro humano, que posee unos 86.000 millones de neuronas, con billones de conexiones entre ellas.

El bi¨®logo espa?ol Albert Cardona y su colega croata Marta Zlatic lograron en marzo el primer mapa de un cerebro completo, el de la larva de la mosca de la fruta, una estructura con solo 3.016 neuronas y 548.000 conexiones ¡ªtambi¨¦n llamadas sinapsis¡ª entre ellas. ¡°El trabajazo que se publica ahora es espectacular: representa un mapa casi completo del cerebro del rat¨®n¡±, celebra Cardona, del Laboratorio de Biolog¨ªa Molecular de Cambridge (Reino Unido). ¡°Su importancia reside en que el rat¨®n es el animal m¨¢s estudiado en el laboratorio como modelo del funcionamiento del cerebro humano y sus enfermedades. De ahora en adelante, todos los estudios en rat¨®n y en otras especies, como los monos y nosotros los humanos, podr¨¢n hacerse sobre los hombros de este nuevo gigante¡±, aplaude el bi¨®logo.

La neurocient¨ªfica Hongkui Zeng reconoce las dificultades. ¡°No tendremos un mapa del cerebro humano sinapsis a sinapsis en el futuro cercano. Todav¨ªa no tenemos una tecnolog¨ªa con precisi¨®n nanom¨¦trica que pueda escalarse al tama?o del cerebro humano. Y el conjunto de datos ser¨ªa tan enorme que ahora ser¨ªa casi imposible de analizar¡±, explica Zeng, directora del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro, en Seattle.

El f¨ªsico estadounidense Emerson Pugh, fallecido en 1981, plasm¨® esta paradoja en una frase redonda: ¡°Si el cerebro humano fuera tan simple que pudi¨¦ramos entenderlo, nosotros ser¨ªamos tan simples que no lo entender¨ªamos¡±. Zeng no es tan pesimista. ¡°Creo que s¨ª podemos entender muchos aspectos del funcionamiento del cerebro humano, como las sensaciones, el movimiento, los diferentes estados emocionales y ciertos grados de inteligencia¡±, opina la investigadora.

Los nuevos resultados se pueden consultar en una base de datos p¨²blica, el Atlas Allen de c¨¦lulas del cerebro. Los usuarios pueden buscar tipos espec¨ªficos de c¨¦lulas y su localizaci¨®n exacta. Los autores sostienen que este torrente de datos ayudar¨¢ a iluminar multitud de trastornos, como el autismo, la esquizofrenia, la esclerosis m¨²ltiple, la anorexia nerviosa y la adicci¨®n al tabaco.

Santiago Ram¨®n y Cajal empez¨® en 1891 a incluir flechitas en sus dibujos de las neuronas, para marcar el sentido en el que viajaba la informaci¨®n. Cajal postul¨® que las c¨¦lulas nerviosas reciben los impulsos a trav¨¦s de unas ramificaciones denominadas dendritas y los transmiten mediante una prolongaci¨®n alargada llamada ax¨®n. Hab¨ªa descubierto los ingredientes b¨¢sicos del pensamiento humano. Su disc¨ªpulo Rafael Lorente de No articul¨® m¨¢s tarde la idea de que el cerebro est¨¢ organizado en series de neuronas interrelacionadas en circuitos. Los resultados de este mi¨¦rcoles incluyen datos inimaginables hace un siglo. El mapa del rat¨®n muestra qu¨¦ neuronas tienen la posibilidad de conectarse con otras determinadas: el llamado proyectoma. Revela ¡°c¨®mo viaja y se transforma la informaci¨®n en el cerebro¡±, en palabras de Cardona.

El neurocient¨ªfico espa?ol ?scar Mar¨ªn dirige el Centro de Trastornos del Neurodesarrollo en el King¡¯s College de Londres. Tambi¨¦n es optimista. ¡°Todav¨ªa no tenemos un mapa completo de un cerebro, pero cada vez vemos m¨¢s cerca esa posibilidad. Y, con el tiempo, tambi¨¦n lo conseguiremos en humanos¡±, vaticina. En 2021, investigadores de la Iniciativa BRAIN publicaron el primer borrador del atlas de c¨¦lulas del cerebro del rat¨®n. En octubre de este a?o, el consorcio adelant¨® los primeros resultados de estas t¨¦cnicas con el cerebro humano.

Mar¨ªn, uno de los pocos cient¨ªficos espa?oles en la prestigiosa Royal Society del Reino Unido, advierte de que no bastar¨¢ con un ¨²nico atlas. ¡°Aunque consigamos un mapa completo de todos los tipos celulares del cerebro, siempre existir¨¢n diferencias entre los individuos de una misma especie. Creo que esas diferencias interindividuales son una parte importante de la biolog¨ªa, aunque pienso que con los mismos m¨¦todos descritos en estos trabajos pronto podremos reproducir estos resultados en diferentes individuos¡±, se?ala Mar¨ªn. No existe un ¨²nico cerebro humano.

Puedes seguir a MATERIA en Facebook, X e Instagram, o apuntarte aqu¨ª para recibir nuestra newsletter semanal.