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Los científicos crean el mapa más completo de la zona que controla todos nuestros movimientos voluntarios

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Ya antes de continuar leyendo, tóquese la punta de la nariz con el dedo. ¿Ha sido simple, verdad? Se trata de un movimiento mecánico, sin mucho esmero aparente por su lado. No obstante, tras ese simple ademán, millones de neuronas de diferentes zonas de su cerebro se han puesto a trabajar. Ahora, señales a más de trescientos cincuenta quilómetros por hora han recorrido el camino desde su cabeza a su medula espinal, para por último terminar en los músculos que contrajeron su brazo y sus dedos. Pese a todos y cada uno de los increíbles avances científicos, el conocimiento humano todavía no llega a entender completamente de qué manera se ha producido precisamente el proceso por el que ha acabado con el dedo apuntando a su nariz. De qué forma su cerebro ha juntado todas y cada una de las ‘piezas’ para terminar ejecutando esa orden específica.

Ahora, tras un quinquenio de trabajo y el ahínco de doscientos cincuenta estudiosos implicados bajo la Iniciativa BRAIN (cuyas iniciales responden a Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies, o bien Investigación del Cerebro a través del Avance de Neurotecnologías Renovadoras), estamos un paso más cerca de lograrlo. Los autores de una batería de diecisiete estudios que se publican el día de hoy en su totalidad en la gaceta ‘Nature’ han mapeado y clasificado las células de parte del cerebro, la corteza motora, el primero de los pasos para producir un ‘atlas cerebral’ total y entender de qué forma las redes neuronales en nuestra cabeza controlan nuestro cuerpo y psique.

Miles y miles de millones de neuronas y otras células
En el cerebro de una persona hay más de cien millones de neuronas, otro tanto de células de otros tipos y miles y miles de millones de conexiones neuronales. Si bien todos y cada uno de los humanos comparten exactamente la misma estructura cerebral general, los factores ambientales y genéticos individuales dan una forma determinada al desarrollo y funcionamiento de este complejo órgano. Esto es, el cerebro de cada persona refleja sus antecedentes y experiencias únicas, un mapa de nuestra vida. De ahí que, crear un atlas que abarque todos y cada uno de los géneros de células, sus peculiaridades y de qué manera se distinguen en todos y cada individuo nos asistiría a ‘leer’ con más precisión de qué manera marcha nuestra cabeza y qué nos hace humanos.

Y no solo eso: entender qué factores juegan un papel esencial en su desarrollo es un paso esencial para comprender asimismo de qué manera se desarrollan enfermedades como la esquizofrenia, las adicciones, los trastornos convulsivos o bien el alzheimer. Dónde se ‘apagan’ o bien se ‘encienden’ caminos y la diana donde los medicamentos deberían hacer efecto.

«Si pensamos en el cerebro como una máquina exageradamente compleja, ¿de qué manera podríamos comprenderlo sin primero descomponerlo y conocer las partes?», expone la neurocientífica celular Helen Bateup, maestra asociada de biología molecular y celular de la Universidad de California, Berkeley, y coautora del artículo primordial que sintetiza los resultados de los otros artículos. «En la primera página de cualquier manual sobre de qué forma marcha el cerebro debería leerse: ‘aquí están todos y cada uno de los componentes celulares, esta es la cantidad de ellos, acá es donde están situados y con quién se conectan’».

Y esa es la pretensión de la Iniciativa BRAIN. Mas primero hay que ir pasito a pasito, con lo que los autores se han centrado en la corteza motora, la parte central del cerebro que controla los procesos de planificación, control y ejecución de las funciones motoras voluntarias.

Ratones, titíes, humanos
Los estudiosos escogieron la corteza motora primaria en parte pues es afín en todas y cada una de las especies de mamíferos: la manera con la que controlamos el movimiento en esta familia de seres vivos es muy similar. Además de esto, es una zona representativa del neocórtex, la capa más externa del cerebro de los mamíferos, que no solo integra información sensorial y motora, sino asimismo da sitio a nuestras complejas funciones cognitivas.

El hecho de compartir estas condiciones con otras especies hacen que su estudio sea más simple, puesto que se pueden examinar los cerebros de otros animales y equipararlos con los nuestros. Específicamente, el equipo empleó datos, además de humanos, de ratones y titíes. Aprovechando estos rasgos comunes se pudieron observar las células semejantes y sus funciones con diferentes técnicas, catalogándolas en el mapa más completo hasta la data.

Taxonomía de géneros de células de acuerdo entre especies de la corteza motora primaria de humanos, titíes y ratones, con el árbol de taxonomía de acuerdo en la parte superior seguido de números variables de conjuntos para cada género de célula primordial en todos y cada especie.

Allen Institute for Brain Science
«Si verdaderamente deseamos comprender de qué manera marcha el cerebro, debemos llegar a su unidad esencial. Y esa es la célula», explica Ed Lein, estudioso primordial del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro y autor primordial de múltiples estudios de la Iniciativa BRAIN. «Esto asimismo es clínicamente esencial por el hecho de que las células son el sitio de la enfermedad. Al entender qué células son frágiles en diferentes enfermedades cerebrales, podemos entender mejor y, en último término, tratar las enfermedades en sí. La esperanza con estos estudios es que al hacer esta clasificación esencial de las clases de células, podamos sentar las bases para entender la base celular de la enfermedad».

Creando un censo de células
Como un censo de población, el censo de células tiene como propósito clasificar todos y cada uno de los diferentes géneros de células cerebrales, sus propiedades, sus proporciones relativas y sus direcciones físicas para conseguir una imagen de las poblaciones de células que juntas forman nuestro cerebro. Esto es, cuántas células de un tipo existen y dónde se encuentran, como en un mapa.

Tras clasificar separadamente la información extraída de los cerebros de ratones, titíes y humanos, un equipo de estadísticos combinó datos de toda la información para determinar la mejor forma de clasificar o bien reunir células en diferentes tipos y, presumiblemente, diferentes funciones basadas en las diferencias observadas en la expresión y los perfiles epigenéticos entre estas células.

«La idea no era crear otro nuevo procedimiento para reunir, sino más bien localizar formas de aprovechar las fortalezas de diferentes métodos y conjuntarlos y valorar la estabilidad de los resultados, la reproducibilidad de los conjuntos que se obtienen», asevera Sandrine Dudoit, maestra de UC Berkeley y presidente del Departamento de Estadística. O sea, buscar conjuntos que entonces se pudiesen conjuntar con otros. Por servirnos de un ejemplo, el equipo ha estimado que los humanos tienen más o menos el doble de tipos diferentes de neuronas inhibidoras que neuronas excitadoras en esta zona del cerebro, al paso que los ratones tienen 5 veces más. «Antes, teníamos algo como diez o bien veinte géneros de células diferentes que se habían definido previamente, mas no teníamos idea de si las células que estábamos definiendo por sus patrones de expresión génica eran exactamente las mismas que las definidas en función de sus propiedades electrofisiológicas, o bien el lo mismo que las clases de neuronas definidos por su morfología», explica Bateup.

Por este motivo, la enorme ventaja de este nuevo mapa es que se combinan muchas formas de acotar un género de célula y se integran en un modelo «que no solamente se fundamenta en la expresión génica o bien en la fisiología o bien morfología, sino tiene presente todas y cada una esas propiedades», asevera Dirk Hockemeyer, de UC Berkeley, cuyo equipo se ocupó de emplear CRISPR-Cas9 para crear ratones en los que un género de célula concreto está marcado con un marcador fluorescente, lo que les deja rastrear las conexiones que estas células hacen en todo el cerebro. «Ahora podemos decir que esta clase de célula particularmente expresa estos genes, tiene esta morfología, tiene estas propiedades fisiológicas y está situado en esta zona particular de la corteza. Es de esta forma como conseguimos una entendimiento considerablemente más profunda de qué género de célula es y sus propiedades básicas».

El futuro: un atlas de todo el cerebro
La idea es extender este análisis a otras unas partes del cerebro para finalizar con un atlas total. «Una vez que tenemos todas y cada una esas partes definidas, podemos subir un nivel y empezar a entender de qué manera esas partes marchan juntas, de qué forma forman un circuito funcional, de qué forma eso por último da sitio a percepciones y comportamientos y cosas considerablemente más complejas», apunta Bateup.

No obstante, los autores apuntan que futuros estudios podrían enseñar que estas clasificaciones no son tan válidas como semeja. Todavía de este modo, los estudiosos piensan que están en el buen camino. En palabras de Hongkui Zeng, directiva del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro: «El mayor reto va a ser realmente la biología en sí: la enorme diversidad de géneros de células en el cerebro y en todo el sistema inquieto. Ya lo hemos atisbado ahora, van a venir más. Cada célula tiene un conjunto único de peculiaridades moleculares, anatómicas y funcionales. La manera en que las distintas células se relacionan entre sí es un tema exageradamente complicado conforme sabemos poco a poco más sobre las células. Necesitaremos hallar una forma adecuada de describir todo esto».

Bateup apostilla: «Incluso entre los biólogos, hay creencias muy, muy diferentes sobre cuánta resolución debería tener para estos sistemas, si hay una estructura de agrupamiento muy enclenque o bien si verdaderamente tiene géneros de células de nivel superior que son más estables. Estamos empezando con una pregunta biológica, mas un biólogo por sí mismo no podría haber resuelto ese inconveniente. Para abordar un inconveniente tan desafiante como ese, se precisa un equipo de especialistas en un montón de disciplinas diferentes que pueden comunicarse bien y trabajar entre sí». Un esmero cooperativo que comienza a dar sus frutos.

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