Imagínese explorar el intrincado mundo dentro de un solo milímetro cúbico de tejido cerebral humano.  Puede parecer insignificante, pero dentro de ese pequeño espacio se encuentra un universo de complejidad: 57.000 células individuales, 230 milímetros de vasos sanguíneos y la asombrosa cifra de 150 millones de sinapsis, las uniones donde se comunican las neuronas.

 Toda esta información se traduce en la alucinante cantidad de 1.400 terabytes de datos.  Ése es el tipo de logro innovador que acaban de lograr los investigadores de Harvard y Google.

Harvard y Google AI se asocian para mapear la corteza cerebral

Al frente de esta iniciativa en Harvard está el profesor Jeff Lichtman, un renombrado experto en estructura cerebral.  En asociación con Google AI, el equipo de Lichtman ha co-creado la reconstrucción 3D más detallada de un fragmento de cerebro humano hasta la fecha.

 Este intrincado mapa, publicado en Science, ofrece una visión sin precedentes de la corteza temporal humana, la región responsable de la memoria y otras funciones superiores.  Imagine un trozo de tejido cerebral de aproximadamente la mitad del tamaño de un grano de arroz, pero ampliado para revelar cada célula y su red de conexiones neuronales con gran detalle.

Un fragmento del cerebro humano, mapeado. Crédito de imagen: Google Research and Lichtman Lab

 Esta notable hazaña es la culminación de casi una década de colaboración entre Harvard y Google.  La experiencia de Lichtman en imágenes de microscopía electrónica se combina con los algoritmos de inteligencia artificial de vanguardia de Google.

 Estos algoritmos son como pinceles digitales, codifican meticulosamente por colores y reconstruyen el inmensamente complejo diagrama de cableado del cerebro de los mamíferos.

Mapeo de un cerebro de ratón completo

El objetivo final de esta colaboración, impulsada por la iniciativa BRAIN de los Institutos Nacionales de Salud, es aún más ambicioso: crear un mapa de alta resolución de toda la red neuronal del cerebro de un ratón.  Esto requeriría procesar aproximadamente 1.000 veces los datos generados a partir del fragmento actual de la corteza humana.

 Como señala el propio profesor Lichtman, el término “fragmento” resulta algo irónico cuando se trata de volúmenes de datos tan inmensos.  «Un terabyte es una enorme cantidad de datos para la mayoría de las personas», dice, «sin embargo, este fragmento de un cerebro humano (un pedacito minúsculo, diminuto) sigue siendo miles de terabytes».

 El mapa recientemente publicado en Science revela detalles nunca antes vistos de la estructura del cerebro.  Uno de esos descubrimientos es un conjunto raro pero poderoso de axones, cada uno de ellos conectado por hasta 50 sinapsis, que potencialmente influye en un número significativo de neuronas vecinas.

 El equipo también encontró estructuras inesperadas, como una pequeña cantidad de axones que forman verticilos intrincados.  Dado que la muestra provino de un paciente con epilepsia, no está claro si estas formaciones son específicas de la afección o simplemente ocurrencias poco comunes.

Nuevos conocimientos sobre la función y las enfermedades del cerebro

El campo de estudio del profesor Lichtman, la conectómica, es similar a la genómica.  Su objetivo es crear catálogos completos de la estructura del cerebro, detallando cada célula y sus conexiones neuronales.

 Estos “mapas cerebrales” encierran un inmenso potencial para desbloquear nuevos conocimientos sobre la función y las enfermedades del cerebro, áreas donde la comprensión científica sigue siendo limitada.  La IA de Google desempeña un papel fundamental en este esfuerzo, ya que permite la reconstrucción y visualización del tejido cerebral en tres dimensiones.

 El equipo incluso ha ido un paso más allá al crear un conjunto de herramientas disponibles públicamente, que permiten a otros investigadores examinar y contribuir a este conectoma en constante evolución.

 “Con el enorme esfuerzo invertido en este proyecto”, explica Viren Jain, colaborador de Google Research, “era crucial hacer que los resultados fueran accesibles a la comunidad científica en general.  De esta manera, todos podrán beneficiarse de este valioso recurso”.

 De cara al futuro, el equipo de investigación centra su atención en la formación del hipocampo del ratón, una región crucial para la memoria e implicada en diversos trastornos neurológicos.  Al desentrañar su intrincado cableado, esperan arrojar luz sobre los mecanismos subyacentes a la memoria y allanar el camino para nuevos tratamientos para enfermedades neurológicas.

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