Cuando los científicos observaron por primera vez el tejido cerebral al microscopio, vieron un embrollo impenetrable y desordenado. Santiago Ramón y Cajal, padre de la neurociencia moderna, comparó la experiencia con entrar en un bosque con cien mil millones de árboles y "observar cada día trozos borrosos de unos pocos de esos árboles enredados entre sí y, tras unos años, tratar de escribir una guía de campo ilustrada del bosque", según los autores de The Beautiful Brain, un libro sobre el trabajo de Ramón y Cajal.

Ahora, los científicos tienen un primer borrador de esa guía. En un conjunto de 21 nuevos artículos publicados en tres revistas, los equipos informaron que han desarrollado un atlas de células cerebrales completas a gran escala para humanos y primates no humanos. Este trabajo, que forma parte de la Iniciativa BRAIN de los Institutos Nacionales de Salud de EE UU, es la culminación de cinco años de investigación. "No se trata solo de un atlas", afirma Ed Lein, neurocientífico del Allen Institute for Brain Science y uno de los autores principales. "Ha abierto una nueva área de conocimiento, donde se puede observar cerebros de especies con una resolución celular muy alta. Algo imposible antes".

Así que hablemos de cerebros.

¿Qué es un atlas cerebral, y por qué es diferente?

Un atlas cerebral es un mapa tridimensional del cerebro. Ya existen algunos atlas cerebrales, pero este nuevo conjunto de documentos ofrece una resolución sin precedentes de todo el cerebro humano y de primates no humanos. El atlas del cerebro humano incluye la localización y la taxonomía de las funciones de más de 3.000 tipos celulares en individuos adultos y en desarrollo. "Sin duda, es la descripción más completa del cerebro humano a este nivel, y la primera para muchas regiones cerebrales", afirma Lein. Aunque todavía es un primer borrador.

El trabajo forma parte de la Red de Censos Celulares de la Iniciativa BRAIN, que arrancó en 2017 con el objetivo de generar un atlas completo en 3D de células cerebrales de referencia para ratones. Yese proyecto sigue en marcha. Los resultados publicados el 12 de octubre formaban parte de un conjunto de estudios piloto para validar si los métodos utilizados en ratones funcionarían en cerebros más grandes. Spoiler: los métodos funcionaron. Muy bien, de hecho.

¿Qué descubrieron estos estudios iniciales?

El cerebro humano es muy, muy complejo. Lo sé, ¡qué sorpresa! Hasta ahora, los equipos han identificado más de 3.300 tipos de células. A medida que aumente la resolución, -en la que están trabajando ahora-, puede que descubran más tipos de células. Los esfuerzos para desarrollar un atlas del cerebro de ratón, que están más avanzados, han identificado 5.000 tipos celulares. Para más información, puede consultar estos preprints: 1 y 2.

Sin embargo, bajo esa complejidad, hay algunos puntos en común. Por ejemplo, muchas regiones comparten tipos celulares, pero en proporciones diferentes.

La localización de esa complejidad también es sorprendente. La neurociencia ha centrado gran parte de su investigación en la capa externa del cerebro, responsable de la memoria, el aprendizaje y el lenguaje, entre otros temas. Sin embargo, según Lein, la mayor parte de la diversidad celular se encuentra en estructuras evolutivas más antiguas del interior del cerebro.

¿Cómo se hacían estos atlas?

El enfoque clásico de la neurociencia para la clasificación celular se basa en la forma -, como los astrocitos, en forma de estrella; o en el tipo de actividad, como interneuronas de impulsos rápidos. "Estos atlas celulares aprovechan un nuevo conjunto de tecnologías procedentes de la genómica", afirma Lein, una técnica conocida como secuenciación unicelular.

En primer lugar, los investigadores parten de un pequeño trozo de tejido cerebral congelado y procedente de un biobanco. "Se coge un tejido, se tritura y se perfilan muchas células para darle sentido", explica Lein. Entonces, secuencian los núcleos de las células para ver los genes que se expresan. "Cada tipo de célula tiene un conjunto coherente de genes que suele utilizar. Todos estos genes se pueden medir, y también agrupar todos los tipos de células en función de su patrón general de expresión génica", cuenta Lein. A continuación, se utilizan datos de imágenes del cerebro del donante, así pueden situar espacialmente esta información funcional donde corresponde.

¿Cómo pueden utilizar los científicos estos atlas de células cerebrales?

De muchas maneras. Un uso crucial es ayudar a comprender la base de las enfermedades cerebrales.  Un atlas de referencia del cerebro humano que describa un cerebro normal o neurotípico ayudaría a los investigadores a comprender mejor la depresión, la esquizofrenia u otros tipos de enfermedades, afirma Lein. Tomemos como ejemplo el Alzheimer. Podrían aplicarse estos mismos métodos para caracterizar los cerebros de personas con distintos niveles de deterioro cognitivo debido al Alzheimer, y luego comparar esos mapas cerebrales con el atlas de referencia. "Ahora se pueden plantear preguntas como: '¿Ciertos tipos de células son vulnerables en la enfermedad, o son causales?", se pregunta Lein, como parte de un equipo que ya está trabajando en ello. En lugar de investigar las placas y los ovillos, los investigadores pueden plantearse preguntas sobre "tipos específicos de neuronas que son los verdaderos elementos del circuito que se vean perturbados y tengan consecuencias funcionales".

¿Cuál es el siguiente paso?

Una resolución mejor. "La siguiente fase es pasar a una cobertura muy completa tanto del cerebro humano como de primates no humanos en la edad adulta y en el desarrollo". De hecho, ese trabajo ya ha comenzado con la Red del Atlas Celular de la Iniciativa BRAIN, un proyecto de cinco años y 500 millones de dólares (475 millones de euros). El objetivo es generar un atlas de referencia completo de los tipos celulares del cerebro humano a lo largo de toda la vida, así como cartografiar las interacciones celulares que subyacen a una amplia gama de trastornos cerebrales.

Es un nivel de detalle que Ramón y Cajal no podría haber imaginado.

En otro orden de cosas

La edición genética ayudó a los pollos a resistir la gripe aviar. "Dar los pasos técnicos y normativos necesarios podría llevar décadas, pero los investigadores afirman que la edición genética CRISPR podría salvar la vida de innumerables pollos y transformar la ganadería", escribió Abdullahi Tsanni. 

Más información del archivo de MIT Technology Review

Los atlas cerebrales existen desde hace tiempo. En 2013, Courtney Humphries informó sobre el desarrollo de BigBrain, un atlas del cerebro humano basado en imágenes de resonancia magnética de más de 7.000 cortes cerebrales.

En 2017, MIT Technology Review señaló el proyecto Human Cell Atlas, cuyo objetivo es categorizar todas las células del cuerpo humano, como una tecnología revolucionaria. Dicho proyecto sigue en marcha.

Los atlas celulares ayudarían a proporcionar los datos necesarios para que la IA construya una célula virtual, según sostienen Priscilla Chan y Mark Zuckerberg en un artículo de opinión publicado en septiembre.