Durante más de un siglo, los neurocientíficos han estudiado el cerebro humano de forma muy parecida a como los primeros cartógrafos cartografiaban tierras desconocidas: reconstruyendo un vasto paisaje a partir de observaciones dispersas.
Incluso hoy en día, los patólogos que diagnostican trastornos como la enfermedad de Alzheimer suelen examinar unas pocas muestras de tejido de un órgano que contiene unos 86 mil millones de neuronas. Gran parte del panorama permanece oculto.
Por eso, los científicos del Centro Cerebral Sudha Gopalakrishnan (SGBC) del Instituto Indio de Tecnología de Madrás (IIT-M) creen haber dado un paso importante para subsanar una de las mayores lagunas de la neurociencia.
Han creado lo que describen como el atlas tridimensional más detallado del mundo del tronco encefálico humano con resolución celular: un mapa digital que permite a los científicos pasar sin problemas de las resonancias magnéticas de todo el cerebro a las células nerviosas individuales.
Denominado Anchor (Atlas de Caracterización Neuroquímica del Tronco Encefálico Humano con Reconstrucción 3D), combina más de 500 secciones de tejido de cerebros fetales, infantiles y adultos.
Construido a partir de imágenes de microscopio de alta resolución en lugar de técnicas moleculares más costosas, crea un mapa tridimensional detallado del tronco encefálico, identificando más de 200 grupos de células cerebrales y vías nerviosas.
Ocho marcadores químicos ayudan a distinguir diferentes tipos de células, lo que permite obtener una de las imágenes más claras hasta la fecha de esta parte vital, pero poco comprendida, del cerebro.
El tronco encefálico ocupa solo una pequeña porción del cerebro, pero es esencial para la supervivencia. Conecta el cerebro con la médula espinal y controla la respiración, los latidos del corazón, el sueño, la vigilia y el movimiento.
Los daños a pequeños grupos de células en su interior pueden resultar catastróficos, pero la arquitectura densamente compacta de la región ha frustrado durante mucho tiempo los esfuerzos por cartografiarla en detalle.
SGBCLa importancia de Anchor no reside simplemente en la creación de otro mapa anatómico, sino en la conexión de dos mundos que en gran medida han permanecido separados: las imágenes médicas, que muestran el cerebro en su conjunto, y la patología celular, que lo revela célula por célula.
«Estamos presenciando un programa visionario que sitúa a la India en la mesa internacional», afirma Shubha Tole, neurocientífica india del Instituto Tata de Investigación Fundamental, quien describe el proyecto como una «integración sin precedentes» de ingeniería, neurociencia y medicina.
Los médicos suelen comenzar examinando el cerebro completo durante la autopsia o el tejido extraído durante la neurocirugía. Un cerebro adulto pesa entre 1,2 y 1,5 kg, y sus pliegues y estructuras principales pueden revelar pistas importantes antes de que comience el examen microscópico.
«Como neuropatóloga, comienzo examinando un cerebro completo a simple vista antes de observar pequeños fragmentos bajo el microscopio», dice Rebecca Folkerth, quien está afiliada a la Facultad de Medicina de Harvard y a la Universidad de Nueva York y colaboró con el equipo del SGBC.
«En el caso de la enfermedad de Alzheimer, podemos examinar tan solo entre 15 y 20 secciones, apenas una fracción del uno por ciento de todo el órgano.»
Esta práctica se remonta a los trabajos pioneros del neurocientífico español Santiago Ramón y Cajal, hace más de un siglo. La resonancia magnética moderna permite visualizar el cerebro en su totalidad, pero carece de detalles celulares; los microscopios permiten observar células individuales, pero solo en cortes aislados.
«Lo que ha creado el centro indio es esencialmente lo que soñé al principio de mi carrera: que las tomografías cerebrales coincidieran con la anatomía microscópica del cerebro», declaró Folkerth, quien ha examinado miles de cerebros durante más de tres décadas, a la BBC.
Imágenes de GettyAnchor intenta cerrar esa brecha.
Los usuarios pueden ampliar la imagen desde el tronco encefálico completo, visible en la resonancia magnética, hasta las neuronas individuales, manteniendo sus relaciones espaciales precisas. Los investigadores han puesto el atlas a disposición del público de forma gratuita en línea , con la esperanza de que se convierta en una herramienta de referencia para neurocientíficos, neurólogos y neurocirujanos de todo el mundo.
Sus aplicaciones podrían extenderse mucho más allá de la anatomía.
Al comparar mapas del tronco encefálico sano con los de tejido enfermo, los científicos pueden comprender mejor trastornos que van desde la enfermedad de Parkinson y el accidente cerebrovascular hasta la enfermedad de Alzheimer y el síndrome de muerte súbita del lactante (SMSL) . Unos mapas más precisos también podrían ayudar a los neurocirujanos a operar con mayor seguridad en una de las regiones más delicadas del cerebro.
Anchor no es una herramienta de diagnóstico. Su mayor valor reside en las preguntas que puede ayudar a responder.
Partha Mitra, neurocientífico del prestigioso Laboratorio Cold Spring Harbor, con sede en Nueva York, que ha colaborado con SGBC, afirma que atlas cerebrales detallados como este podrían tener un «impacto transformador» en el estudio de las enfermedades neurológicas al revelar, célula por célula, cómo los cerebros afectados por afecciones como el Alzheimer o el autismo difieren de los cerebros sanos.
Según declaró Mitra a la BBC, también podrían ayudar a explicar cómo las infecciones, incluida la COVID-19, provocan daños neurológicos a largo plazo.
Folkerth explica que, tomando como ejemplo un accidente cerebrovascular, el atlas ha revelado nuevas características que podrían ayudar a los médicos a preservar el tejido cerebral dañado pero aún recuperable, lo que podría mejorar el pronóstico de los pacientes. Otros científicos afirman que el atlas también podría ayudar a los neurocirujanos a acceder al tronco encefálico con mayor seguridad.
Parte del atractivo de este atlas reside en su sencillez. Elaborado a partir de imágenes de alta resolución de finas secciones de tejido cerebral post mortem, este método permite obtener mapas detallados a nivel celular de forma asequible.
Según Mitra, esto ha permitido cartografiar el tronco encefálico humano a una escala sin precedentes.
Este logro refleja una transformación más amplia en la neurociencia, donde el progreso depende cada vez más tanto de la ingeniería y la computación como de la biología.
Alrededor de 20 científicos dedicaron 18 meses en el SGBC al análisis manual de más de 200 secciones cerebrales, combinando resonancias magnéticas, anatomía microscópica y reconstrucción 3D para crear un atlas digital único. Actualmente, el centro reúne a más de 200 investigadores, ingenieros y técnicos que colaboran con socios de todo el mundo.
El resultado ayuda a subsanar una sorprendente laguna en la neurociencia.
SGBCLos científicos han cartografiado los cerebros de varias especies animales con un detalle asombroso, pero el cerebro humano sigue estando relativamente poco estudiado debido a la escasez de estudios detallados del tejido cerebral humano, según declaró a la BBC Mohanasankar Sivaprakasam, director del SGBC.
Eso no significa que los científicos hayan carecido de atlas cerebrales. «Cada atlas cumple una función distinta», afirma Mitra.
Los atlas basados en resonancia magnética capturan la estructura general del cerebro, pero no las células individuales. Los atlas histológicos representan su arquitectura con resolución celular mediante imágenes microscópicas de cortes de tejido. Los enfoques moleculares más recientes van un paso más allá, identificando la identidad precisa de cada célula.
Sin embargo, los científicos aún saben muy poco sobre cómo se distribuyen las aproximadamente 20.000 proteínas del cerebro en las diferentes regiones y tipos de células, una frontera que probablemente definirá la próxima generación de mapeo cerebral.
«Cada cerebro», dice Folkerth, «es un cofre del tesoro lleno de nuevos conocimientos».
El SGBC planea ahora obtener imágenes de más de 100 cerebros humanos completos en diferentes etapas de la vida y con distintos trastornos neurológicos, como la enfermedad de Alzheimer y la demencia, creando una biblioteca de referencia que podría revelar cómo la enfermedad remodela el cerebro célula por célula.
El nuevo atlas no resolverá los misterios del cerebro humano. Pero al proporcionar a los científicos un mapa mucho más detallado, puede ayudarles a formular —y, con el tiempo, a responder— mejores preguntas.