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El BigBrain abre una vía para entender las bases neurobiológicas de la cognición, el lenguaje y las emociones, investigar enfermedades y desarrollar fármacos  

El sueño de un neurocientífico es llegar a conocer el cerebro humano con la misma precisión que el sistema nervioso del gusano Caenorhabditis elegans, cuyas 100 neuronas exactas con todas sus conexiones sinápticas son, desde hace años, un libro abierto para la ciencia. Y hoy se acercan más que nunca a ese ideal, con BigBrain, una reconstrucción digital del cerebro humano completo en 3D y ultra-alta resolución que deja muy atrás a cualquier iniciativa anterior de este estilo.

BigBrain es la herramienta esencial que necesitan los laboratorios neurológicos de todo el mundo para elucidar la forma y la función de nuestro cerebro. Y estará disponible públicamente a coste cero.

Hasta ahora existen otros Atlas del cerebro, pero solo llegan al nivel macroscópico, o visible. Su resolución solo alcanza la escala de un milímetro cúbico, y en ese volumen de cerebro caben fácilmente unas 1,000 neuronas. El cerebro tiene 100,000 millones.

Casi a nivel de célula

El nuevo BigBrain baja el foco hasta un nivel “casi celular”, según los científicos que lo han creado. Eso quiere decir que llega a discriminar cada pequeño circuito de neuronas que está detrás de nuestra actividad mental, y que puede abarcar toda la información disponible sobre el cerebro, desde los genes y los receptores de neurotransmisores hasta la cognición y el comportamiento.

Tal vez la línea celular humana más utilizada por los laboratorios de todo el mundo durante el último medio siglo sea la línea HeLa; el cultivo proviene de un tumor de útero que le fue extirpado, en 1951, a una paciente llamada Henrietta Lacks (de ahí el nombre de la línea) que, pese a haber muerto unos meses después de la operación, consiguió así una singular forma de inmortalidad.

Modelo digital es una mujer de 65 años

No es extraño que los periodistas mostraran especial interés en la mujer de 65 años que ha visto inmortalizado su cerebro como un modelo digital que pervivirá durante siglos o milenios. Quién sabe si la neurociencia del futuro será capaz de reconstruir a partir de BigBrain los pensamientos y deseos más ocultos de esa mujer, los recovecos de sus emociones y las ambigüedades de su moralidad. Eso es desnudarse para la posterioridad, ríanse ustedes de una autobiografía.

La insistencia de los medios, sin embargo, se topó con el compromiso insobornable de los científicos de preservar la intimidad de la mujer fallecida. Ni los científicos ni por supuesto el editor de Science, quisieron dar noticia sobre la vida que, de algún modo, han registrado para la posteridad.

“Los autores han ampliado los límites de la tecnología actual”, dijo uno de los investigadores, que ve la acción, en cierto modo, como la consecuencia natural del trabajo de los neuroanatomistas clásicos, con Cajal a la cabeza, que sentaron hace un siglo las bases de la descripción estructural del cerebro humano. La mayor parte de la gente, incluidos los estudiantes de Medicina, tiende a ver la anatomía como un tostón fastidioso si bien ineludible para aprobar el curso.

Recordando la genética

Pero si la biología nos ha enseñado una lección es que la forma explica la función, que entender el funcionamiento de un sistema biológico empieza siempre por ver su estructura. Recuerden la genética: la mera, simple y desnuda forma de la doble hélice del ADN, donde las letras de una hilera se complementan con las de la otra, explica por sí sola que los seres vivos puedan sacar copias de sí mismos. También la forma de las proteínas, con sus hélices y sus hojas y sus caprichosos plegamientos, suele explicar lo que hace cada una de ellas, desde quemar el azúcar que comemos hasta activar las neuronas que nos hacen pensar.

Los científicos de este programa están convencidos de que esa ley no formulada de la biología, tiene jurisdicción también sobre el cerebro, sobre los mecanismos de nuestra vida mental. Somos formas. “Este trabajo puede verse como una culminación de la anatomía”, dijo el editor de Science. “Sin un profundo conocimiento de la estructura del cerebro nunca entenderemos el resto de la neurobiología”.

El bosón de Higgs

Evans también proclamó: “La gran ciencia ha llegado al cerebro”. El eslogan es una referencia velada a los proyectos genoma y los aceleradores de partículas, que ya implican cifras de seis dígitos, programación a medio plazo y unos equipos científicos cuyas firmas rara vez caben en la página de la revista científica donde se publican. Pese a que hay cientos de laboratorios en el mundo investigando en neurobiología, el cerebro no contaba hasta ahora con una gran planificación de este tipo, como las que se usan para secuenciar el genoma humano o encontrar el bosón de Higgs. La gran ciencia ha llegado al cerebro.

Pese a la indudable profundidad de las cuestiones implicadas, los grandes logros del trabajo han sido de tipo técnico. “El proyecto ha sido un tour de forcé (hazaña) para ensamblar las imágenes de más de 7,400 secciones histológicas individuales”, explica Evans, “cada una con sus propias distorsiones, rasgaduras y desgarrones, en un todo coherente, un volumen en tres dimensiones. BigBrain permite por primera vez una exploración en 3D de la anatomía citoarquitectónica humana”. El prefijo cito significa célula, y en boca de Evans quiere enfatizar la gran resolución de su modelo, cercana al nivel celular: muy cerca del sueño del gusano Caenorhabditis elegans.

Una disección finísima

Los científicos tomaron el cerebro de la mujer muerta a los 65 años y lo encastraron en cera de parafina, un paso previo usual antes de una disección fina. Y esta fue finísima: las lonchas solo tenían 20 micras (milésimas de milímetro) de espesor. Ni siquiera un científico alemán tiene el pulso tan firme como para hacer eso, y los investigadores usaron una máquina especial para ese propósito, un microtomo gigantesco.

Las finísimas lonchas del cerebro de la mujer se montaron en portaobjetos y se trataron con sustancias que tiñen las estructuras celulares más importantes. Lo que jamás podrían haber soñado esos grandes neurólogos del pasado es el prodigioso poder de computación, y la sofisticación de las matemáticas asociadas, al que tiene acceso la ciencia actual. Con todo, recolectar los datos llevó cerca de 1,000 horas, y los robots todavía no lo pueden hacer todo.

 

Dónde ubicar el sitio

El modelo se presenta en Science y estará disponible para usuarios registrados en http://bigbrain.cbrain.mcgill.ca.