El atlas m¨¢s fino del cerebro

El sue?o de un neurocient¨ªfico es llegar a conocer el cerebro humano con la misma precisi¨®n que el sistema nervioso del gusano Caenorhabditis elegans, cuyas 100 neuronas exactas con todas sus conexiones sin¨¢pticas son desde hace a?os un libro abierto para la ciencia. Y hoy se acercan m¨¢s que nunca a ese ideal con BigBrain, una reconstrucci¨®n digital del cerebro humano completo en 3D y ultra-alta resoluci¨®n que deja muy atr¨¢s a cualquier iniciativa anterior de este estilo. BigBrain es la herramienta esencial que necesitan los laboratorios neurol¨®gicos de todo el mundo para elucidar la forma y la funci¨®n de nuestro cerebro. Y estar¨¢ disponible p¨²blicamente a coste cero.

Hasta ahora existen otros atlas del cerebro, pero solo llegan al nivel macrosc¨®pico, o visible. Su resoluci¨®n solo llega al nivel de un mil¨ªmetro c¨²bico, y en ese volumen de cerebro caben f¨¢cilmente unas 1.000 neuronas. El nuevo BigBrain baja el foco hasta un nivel ¡°casi celular¡±, seg¨²n los cient¨ªficos que lo han creado. Eso quiere decir que llega a discriminar cada peque?o circuito de neuronas que est¨¢ detr¨¢s de nuestra actividad mental, y que puede abarcar toda la informaci¨®n disponible sobre el cerebro, desde los genes y los receptores de neurotransmisores hasta la cognici¨®n y el comportamiento.

Los investigadores han tomado 7.400 muestras

El cerebro de referencia se basa en el de una mujer fallecida a los 65 a?os, que ha sido fileteado en 7.400 secciones histol¨®gicas de solo 20 micras (el espesor de un cabello, y cerca de la dimensi¨®n de una c¨¦lula). El BigBrain, seg¨²n sus creadores, abre el camino para entender las bases neurobiol¨®gicas de la cognici¨®n, el lenguaje y las emociones, y tambi¨¦n para investigar las enfermedades neurol¨®gicas y desarrollar f¨¢rmacos contra ellas. El modelo se presenta en Science y estar¨¢ disponible para usuarios registrados en http://bigbrain.cbrain.mcgill.ca.

El trabajo ha sido coordinado por Katrin Amunts, del Instituto de Neurociencia y Medicina de J¨¹lich, en Alemania; y Alan Evans del Instituto Neurol¨®gico de la Universidad McGill en Montreal, Canad¨¢. Ambos explicaron su investigaci¨®n en una teleconferencia para la prensa junto al editor de Science, Peter Stern.

Tal vez la l¨ªnea celular humana m¨¢s utilizada por los laboratorios de todo el mundo durante el ¨²ltimo medio siglo sea la l¨ªnea HeLa; el cultivo proviene de un tumor de ¨²tero que le fue extirpado en 1951 a una paciente llamada Henrietta Lacks (de ah¨ª el nombre de la l¨ªnea) que, pese a haber muerto unos meses despu¨¦s de la operaci¨®n, consigui¨® as¨ª una singular forma de inmortalidad.

La voluntaria carec¨ªa de historial neurol¨®gico o psiqui¨¢trico

No es extra?o que los periodistas mostraran ayer un especial inter¨¦s en la mujer de 65 a?os que ha visto inmortalizado su cerebro como un modelo digital que pervivir¨¢ durante siglos o milenios. Qui¨¦n sabe si la neurociencia del futuro ser¨¢ capaz de reconstruir a partir de BigBrain los pensamientos y deseos m¨¢s ocultos de esa mujer, los recovecos de sus emociones y las ambig¨¹edades de su moralidad. Eso es desnudarse para la posteridad, r¨ªanse ustedes de una autobiograf¨ªa.

La insistencia de los medios, sin embargo, se top¨® con el compromiso insobornable de los cient¨ªficos de preservar la intimidad de la mujer fallecida. Ni Amunts, ni Evans ni su colega Karl Zilles, ni por supuesto el editor de Science que hab¨ªa organizado la comparecencia, quisieron dar noticia sobre la vida que, de alg¨²n modo, han registrado para la posteridad. Amunts se limit¨® a decir que ¡°carec¨ªa de un historial neurol¨®gico o psiqui¨¢trico¡±, y que en ese sentido ¡°es lo que llamar¨ªamos un cerebro normal¡±. Este hecho, al menos, nos aparta del mito de Frankenstein por una vez.

¡°Los autores han ampliado los l¨ªmites de la tecnolog¨ªa actual¡±, dijo Stern, que ve la investigaci¨®n, en cierto modo, como la consecuencia natural del trabajo de los neuroanatomistas cl¨¢sicos, con Cajal a la cabeza, que sentaron hace un siglo las bases de la descripci¨®n estructural del cerebro humano. La mayor parte de la gente, incluidos los estudiantes de medicina, tiende a ver la anatom¨ªa como un tost¨®n fastidioso si bien ineludible para aprobar el curso.

Los ordenadores necesitaron 1.000 horas para completar el puzle

Pero si la biolog¨ªa nos ha ense?ado una lecci¨®n es que la forma explica la funci¨®n, que entender el funcionamiento de un sistema biol¨®gico empieza siempre por ver su estructura. Recuerden la gen¨¦tica: la mera, simple y desnuda forma de la doble h¨¦lice del ADN, donde las letras de una hilera se complementan con las de la otra, explica por s¨ª sola que los seres vivos puedan sacar copias de s¨ª mismos. Tambi¨¦n la forma de las prote¨ªnas, con sus h¨¦lices y sus hojas y sus caprichosos plegamientos, suele explicar lo que hace cada una de ellas, desde quemar el az¨²car que comemos hasta activar las neuronas que nos hacen pensar.

Stern, como muchos otros cient¨ªficos, est¨¢ convencido de que esa ley no formulada de la biolog¨ªa tiene jurisdicci¨®n tambi¨¦n sobre el cerebro, sobre los mecanismos de nuestra vida mental. Somos formas. ¡°Este trabajo puede verse como una culminaci¨®n de la anatom¨ªa¡±, dijo el editor de Science. ¡°Sin un profundo conocimiento de la estructura del cerebro nunca entenderemos el resto de la neurobiolog¨ªa¡±.

Evans tambi¨¦n proclam¨®: ¡°La gran ciencia ha llegado al cerebro¡±. El eslogan es una referencia velada a los proyectos genoma y los aceleradores de part¨ªculas, que ya implican cifras de seis d¨ªgitos, programaci¨®n a medio plazo y unos equipos cient¨ªficos cuyas firmas rara vez caben en la p¨¢gina de la revista cient¨ªfica donde se publican. Pese a que hay cientos de laboratorios en el mundo investigando en neurobiolog¨ªa, el cerebro no contaba hasta ahora con una gran planificaci¨®n de este tipo, como las que se usan para secuenciar el genoma humano o encontrar el bos¨®n de Higgs. La gran ciencia ha llegado al cerebro.

El resultado va a ser de acceso p¨²blico para otros investigadores

Pese a la indudable profundidad de las cuestiones implicadas, los grandes logros del trabajo han sido de tipo t¨¦cnico. ¡°El proyecto ha sido un tour de force para ensamblar las im¨¢genes de m¨¢s de 7.400 secciones histol¨®gicas individuales¡±, explica Evans, ¡°cada una con sus propias distorsiones, rasgaduras y desgarrones, en un todo coherente, un volumen en tres dimensiones. BigBrain permite por primera vez una exploraci¨®n en 3D de la anatom¨ªa citoarquitect¨®nica humana¡±. El prefijo cito significa c¨¦lula, y en boca de Evans quiere enfatizar la gran resoluci¨®n de su modelo, cercana al nivel celular: muy cerca del sue?o del gusano Caenorhabditis elegans.

Los cient¨ªficos tomaron el cerebro de la mujer muerta a los 65 a?os y lo encastraron en cera de parafina, un paso previo usual antes de una disecci¨®n fina. Y esta fue fin¨ªsima: las lonchas solo ten¨ªan 20 micras (mil¨¦simas de mil¨ªmetro) de espesor. Ni siquiera un cient¨ªfico alem¨¢n tiene el pulso tan firme como para hacer eso, y los investigadores usaron una m¨¢quina especial para ese prop¨®sito, un microtomo gigantesco.

Las fin¨ªsimas lonchas del cerebro de la mujer se montaron en portaobjetos y se trataron con sustancias que ti?en las estructuras celulares m¨¢s importantes, muy a la Cajal o a la Golgi, si se mira bien. Lo que jam¨¢s podr¨ªan haber so?ado esos grandes neur¨®logos del pasado es el prodigioso poder de computaci¨®n, y la sofisticaci¨®n de las matem¨¢ticas asociadas, al que tiene acceso la ciencia actual. Con todo, recolectar los datos llev¨® cerca de 1.000 horas, y los robots todav¨ªa no lo pueden hacer todo.

BigBrain, el gran mapa en 3D y resoluci¨®n ¡°casi celular¡± que ya forma parte del dominio p¨²blico, es un gran paso hacia el entendimiento profundo del cerebro y la mente. Su objetivo no es otro que comprender los fundamentos neurobiol¨®gicos del aprendizaje y la adquisici¨®n de conocimiento, del lenguaje y las emociones, de la torpeza y de la creatividad humana. Es p¨²blico y gratis, y de momento no sirve para espiar a nadie.