Esta imagen podría colgarse en una galería, pero comenzó su vida como un pequeño trozo del cerebro de una mujer. En 2014, a una mujer sometida a una cirugía por epilepsia le extirparon un pequeño trozo de corteza cerebral. Este milímetro cúbico de tejido ha permitido a los investigadores de Harvard y Google producir el diagrama de cableado del cerebro humano más detallado que el mundo haya visto jamás.
Biólogos y expertos en aprendizaje automático pasaron 10 años construyendo un mapa interactivo del tejido cerebral, que contiene aproximadamente 57.000 células y 150 millones de sinapsis. Muestra células que se envuelven sobre sí mismas, pares de células que parecen reflejadas y “objetos” con forma de huevo que, según la investigación, desafían la categorización. Se espera que este diagrama increíblemente complejo ayude a impulsar la investigación científica, desde la comprensión de los circuitos neuronales humanos hasta los posibles tratamientos para los trastornos.
“Si mapeamos cosas en una resolución muy alta, vemos todas las conexiones entre diferentes neuronas y las analizamos a gran escala, podremos identificar reglas de cableado”, dice Daniel Berger, uno de los investigadores principales del proyecto y Especialista en conectómica, que es la ciencia de cómo las neuronas individuales se vinculan para formar redes funcionales. “A partir de esto, podremos crear modelos que expliquen mecánicamente cómo funciona el pensamiento o cómo se almacena la memoria”.
Jeff Lichtman, profesor de biología molecular y celular en Harvard, explica que los investigadores de su laboratorio, dirigidos por Alex Shapson-Coe, crearon el mapa cerebral tomando fotografías subcelulares del tejido mediante microscopía electrónica. El tejido del cerebro de la mujer de 45 años estaba teñido con metales pesados, que se unen a las membranas lipídicas de las células. Esto se hizo para que las células fueran visibles al observarlas a través de un microscopio electrónico, tal como los metales pesados reflejan los electrones.
Luego, el tejido se incrustó en resina para poder cortarlo en rodajas muy finas, de sólo 34 nanómetros de grosor (en comparación, el grosor de una hoja de papel típica es de unos 100.000 nanómetros). Esto se hizo para facilitar el mapeo, dice Berger, para transformar un problema 3D en un problema 2D. Después de esto, el equipo tomó imágenes de microscopio electrónico de cada corte 2D, lo que equivalía a 1,4 petabytes de datos.
Una vez que los investigadores de Harvard tuvieron estas imágenes, hicieron lo que muchos de nosotros hacemos cuando nos enfrentamos a un problema: recurrieron a Google. Un equipo del gigante tecnológico dirigido por Viren Jain alineó las imágenes 2D utilizando algoritmos de aprendizaje automático para producir reconstrucciones 3D con segmentación automática, que es donde los componentes dentro de una imagen (por ejemplo, diferentes tipos de células) se diferencian y categorizan automáticamente. Parte de la segmentación requirió lo que Lichtman llamó “datos reales”, lo que implicó que Berger (que trabajó en estrecha colaboración con el equipo de Google) redibujara manualmente parte del tejido para informar mejor a los algoritmos.
La tecnología digital, explica Berger, le permitió ver todas las células de esta muestra de tejido y colorearlas de forma diferente según su tamaño. Los métodos tradicionales para obtener imágenes de neuronas, como colorear muestras con una sustancia química conocida como tinción de Golgi, que se ha utilizado durante más de un siglo, dejan ocultos algunos elementos del tejido nervioso.
