Human Connectome Project: El mapa más extenso de las conexiones del cerebro humano

Uno de los proyectos más ambiciosos de la ciencia actual ha sido sin duda el Human Connectome Project, con la participación de varias de las universidades más reconocidas del mundo y encabezado por 16 componentes de los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos (y con un presupuesto millonario, sobra decir). El proyecto parte de la premisa de que el cerebro humano es una "sinfonía" y puede entenderse mejor como una compleja red de interconexiones, más que como una serie individual de neuronas o componentes. Lo que nos define, si acaso, son estas conexiones, esta red de relaciones. En palabras del director de los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos, el Dr. Francis Collins, "eres tu conectoma". La meta del proyecto es construir un mapa de redes que arroje luz a la conectividad anatómica y funcional del cerebro humano. El proyecto tiene ecos que lo asemejan al proyecto del genoma humano, siendo el conectoma lo equivalente al genoma, en este caso la unidad básica de una "red exquisita de neuronas interconectadas".

Tecnología de visualización de data neural ha mostrado que las inferencias realizadas a partir de estudios de regiones segmentadas del cerebro son sumamente simplistas, por lo que es necesario recurrir a tecnología que permita visualizar el órgano entero a un nivel de detalle que era, hasta ahora, imposible.

"Algunos han comparado esta nueva habilidad con la diferencia entre escuchar sólo la sección de cuerdas (evaluar una parte aislada del cerebro) y escuchar toda una orquesta (el cerebro entero). Escuchar sólo una sección permite un entendimiento suficiente de cómo funciona un tipo particular de instrumentos, pero no revela la experiencia completa de escuchar una orquesta", señala Collins, es decir, no nos muestra la música de la mente (cosas como la conciencia y procesos cognitivos complejos se escapan ante la atomización).

Un cerebro humano normal tiene aproximadamente 86 mil millones de neuronas, cada una con 10 mil conexiones en promedio, por lo que el proyecto, en su totalidad, parece ser poco menos que irrealizable, a la vez que también impostergable: especialmente ante la visión científica moderna que supone que gran parte de lo que somos está albergado en nuestro cerebro, por lo que conocer la arquitectura del cerebro es imprescindible.

Este proyecto, que se extendió por cinco años, se centró en un solo cerebro sano post mortem de una mujer de 34 años de edad. Los investigadores empezaron por una visión general: hicieron un escaneo completo del cerebro utilizando dos técnicas de imagen (resonancia magnética y difusión ponderada), lo que les permitió capturar tanto la estructura del cerebro en general, como la conectividad de las fibras cerebrales.

Después los investigadores tomaron el cerebro y lo cortaron en 2.716 rodajas para hacer un minucioso análisis celular. Luego tiñeron parte de las secciones con el tradicional tinte de Nissl para recopilar información sobre la arquitectura general celular. Seguidamente usaron dos tintes más para etiquetar selectivamente ciertos aspectos del cerebro, tales como los elementos estructurales de las células, fibras de la sustancia blanca y tipos específicos de neuronas.

Los investigadores también tomaron varios de los cortes teñidos con tinción de Nissl y los utilizaron para catalogar 862 estructuras cerebrales diferentes, incluyendo nuevas subregiones del tálamo y la amígdala, además de otras dos estructuras que anteriormente solo se habían descrito en primates no humanos.

El paso clave de la creación de este completo atlas del cerebro fue combinar los datos de imágenes cerebrales a gran escala y en alta resolución con un mapeo detallado a nivel celular –además de las anotaciones de los investigadores respecto a las estructuras cerebrales que identificaron–. El mapa completo permite acceder desde el nivel macro al nivel celular”.

Otro de los científicos involucrados, Ed Lein cree que el atlas será una herramienta particularmente valiosa para los neurólogos, quienes pueden utilizarlo como un punto de partida común, para luego  añadir niveles adicionales con anotaciones sobre sus criterios para dividir el cerebro.

"Hace tiempo que los neurólogos han querido hacer un mapeo cerebral y, al igual que el resto de nosotros, están deseosos de averiguar cómo esa masa esencial del tejido dentro de nuestros cráneos debe ser dividida exactamente y qué función tienen las diferentes áreas realmente".

En 1909, el anatomista alemán Korbinian Brodmann usó también el método de tinción de Nissl para crear un mapa del cerebro celular a gran escala que sirvió de base para muchos de los intentos de mapear el cerebro que siguieron.

Los investigadores del Human Connectome Project lanzaron su propio mapa cerebral detallado a principios del 2016. Utilizando un enfoque a gran escala agruparon imágenes de resonancia magnética de los cerebros de 210 adultos sanos.

Sin embargo, Lein y sus colegas lograron hacer un trabajo mucho más detallado al  concentrar sus esfuerzos en un solo cerebro.

“Debido a la gran cantidad de mano de obra necesaria, hicimos la escala de un solo cerebro," dice Lein, “y realmente hicimos un esfuerzo en profundidad para tratar de entender tanto como fue posible acerca de ese individuo”.

Matthew Glasser de la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington, quién fue parte del Human Connectome Project pero no participó en este estudio, considera que este atlas del cerebro es “impresionante”, sobre todo a nivel neuroanatómico, pero señala que puede ser difícil generalizar la información de un individuo. “Relacionar un solo cerebro como este que está muy estudiado intensamente a otros cerebros es un desafío”, dice.

Sin embargo, este esfuerzo marca un avance sustancial en la comprensión de la anatomía del cerebro. “Simplemente, nunca ha existido un mapa completo del cerebro humano como material de referencia en una pieza disponible para quienquiera que estudie una parte del cerebro”, dice Lein, “y esto es una parte completamente esencial a la hora de hacer investigación”.