Una nueva tecnología permite trazar el mapa de las conexiones neuronales
Tanto se ha hablado de la enorme complejidad del cerebro, y resulta que, al menos en cuanto a la arquitectura de sus conexiones, es “elegantemente simple”, dicen unos científicos que han logrado hacer un mapa de altísima resolución del cableado neuronal. Y esa estructura no es una maraña de fibras, como muchos pensaban. “Hemos descubierto que el cerebro está hecho de fibras paralelas y perpendiculares que se cruzan entre sí de forma ordenada”, afirma Van J.Wedeen, del Hospital General de Massachusetts (EE UU). “El hecho de encontrar una organización simple en el lóbulo frontal de los animales superiores ha sido completamente inesperado, no creo que nadie sospechase que el cerebro tendría este tipo de patrón geométrico omnipresente”, añade. El avance, dicen los científicos, es importante para poder trazar el atlas de las conexiones cerebrales, para conocer su desarrollo y perfilar mejor las teorías sobre cómo funciona este órgano y cómo ha evolucionado.
El cerebro, explica la revista Science, donde Wedeen y sus colegas han dado a conocer su trabajo, está hecho de dos tipos de tejido: la materia gris de células nerviosas con funciones específicas, y la materia blanca hecha de largas fibras interconectadas o cables. Las trayectorias y las formas de estos cables, dónde y cómo se cruzan y conectan en sus recorridos se ha considerado siempre un asunto complejo y difícil de abordar. Pero estos investigadores muestran que el cableado cerebral está organizado geométricamente y es sorprendentemente simple.
Todas las fibras forman un único tejido o rejilla tridimensional, como una tela formada por múltiples hilos y doblada. Esta estructura, además, no es exclusiva del cerebro humano, ya que los investigadores han observado el mismo patrón en sus experimentos con cuatro especies diferentes de primates no humanos, además de personas voluntarias.
Los análisis revelan que todas las fibras entrecruzadas o adyacentes con unas vías neuronales dadas son perpendiculares o paralelas a dichas vías. Así se va formando esa estructura de tejido curvado tridimensional. Hasta ahora, destacan los científicos en su artículo en Science, “no estaban claros los principios organizativos de la conectividad cerebral”. Hay varias teorías que proponen una organización geométrica, reconocen, pero los estudios de alta resolución de la conectividad cerebral realizados con sustancias trazadoras habían proporcionado indicios limitados de esa organización geométrica.
El problema es que es difícil obtener imágenes detalladas de las conexiones neuronales en el cerebro humano, en parte, porque la corteza desarrolla muchos pliegues y recovecos que enmascaran la estructura de sus conexiones. Además, la utilización de esos trazadores en la investigación es una técnica invasiva que se ha aplicado en animales, pero que no puede utilizarse con personas.
El hallazgo de Wedeen y sus colegas resulta inseparable del avance tecnológico que les ha permitido alcanzar esa alta resolución en su mapa (aún parcial) de la red de fibras cerebrales. Ellos han utilizado un escáner de resonancia magnética, denominado de imagen por difusión espectral, que revela en el cerebro la orientación de todas las fibras que cruzan por un punto concreto en una vía neuronal. El escáner detecta el movimiento del agua dentro de las fibras para localizarlas y, como puede ver la orientación de múltiples fibras individuales que se entrecruzan en un punto, permite desvelar la estructura de tejido al aplicar a los datos su nuevo sistema de análisis.
“La obtención de un diagrama de alta resolución del cableado de nuestro cerebro es un hito en la neuroanatomía humana”, considera Thomas R. Insel, director del Instituto Nacional de Salud Mental (NIMH) estadounidense. La nueva tecnología “puede revelar diferencias individuales en las conexiones cerebrales que ayuden a diagnosticar y tratar enfermedades cerebrales”.
Conviene recordar que los neurocientíficos atacan la investigación del cerebro desde varios frentes: desde el enfoque estructural, como en este caso del mapa de las conexiones, hasta el funcional, el genético, el molecular, sin olvidar la perspectiva médica, la cognitiva, etcétera.
La resonancia magnética avanzada no solo permite visualizar la red de fibras entrecruzadas, es decir, cómo diferentes partes del cerebro se comunican entre sí, explican los investigadores en un comunicado del NIMH. “A medida que el cerebro se va cableando en la fase de desarrollo temprano, sus conexines forman vías neuronales horizontal, vertical y transversalmente”, continúan. “Esta estructura de tejido parece guiar la conectividad, limitando las opciones de crecimiento a las fibras nerviosas”. Es un desarrollo ordenado, lo que confiere eficacia en la formación de conexiones de las propias fibras. Además, sugieren los científicos, esto facilita la adaptación de la estructura a través de la evolución.
La antigua idea de una maraña de miles de interconexiones del cableado cerebral no tiene sentido desde el punto de vista de la evolución. ¿Cómo podría la selección natural guiar cada uno de esos cables hacía una configuración más eficiente, más ventajosa? “La misma simplicidad de esta estructura de tejido es la razón por la que puede acomodar los cambios al azar, graduales, de la evolución”, explica Wedeen. “Para una estructura simple es más fácil el cambio y la adaptación. Esto tiene sentido desde el punto de vista da evolución y del desarrollo”, concluye.
La nueva tecnología confiere a la investigación mucha más resolución que las técnicas de escáner previas, destacan los expertos. De momento, el mapa es parcial, aproximadamente un 25% de la estructura de la red, del tejido de fibras, del cerebro humano, pero los expertos están ya trabajando con el nuevo escáner para llegar al 75%.
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