connectome

Conectoma

Una de las primeras ideas que te tientan la mente siempre que tratas temas de neurociencia es lo fácil que resultaría descubrir los engranajes de nuestro cerebro si dispusiéramos de un mapa con todas las conexiones que existen en el encéfalo. Una vez trazado este mapa podríamos digitalizarlo en un ordenador, introducirle unos “estímulos” (input) por los canales sensoriales naturales, o desde cualquier punto a nuestra elección (why not?), pudiendo observar que ocurre exactamente en cada uno de los nodos hasta que obtenemos una respuesta (output). Los problemas que surgen desde este enfoque son numerosos pero tambien lo son sus beneficios.

A este mapa se le ha denominado Conectoma y uno de sus principales defensores es Sebastian Seung, profesor de neurociencia computacional en el MIT. Hace ya algunos años realizo una magnifica introducción a este tema con una charla TED donde dejo caer su idea, criticada por algunos expertos como simplista y reduccionista, de que la cognición de los organismos con sistema nervioso recae sobre la arquitectura neuronal, es decir, en el conectoma, de esta idea ha surgido su polémica frase “Yo soy mi conectoma”.

 

 

Aunque a día de hoy no hay una evidencia empírica que respalde estas ideas tampoco hemos alcanzado una tecnología que nos permita obtenerla. Solamente en los últimos años hemos empezado a obtener ciertos datos y conectomas a costa de un gran trabajo.

 

El primer conectoma  que se ha obtenido es el del nematodo C. Elegans de 1mm de tamaño con 302 neuronas cuyo trazado duró cerca de 12 años y que ya está empezando a dar sus frutos (Ejemplo 1, Ejemplo 2). Si sois curiosos podéis acceder al atlas de este gusano a través de este enlace.

 

El principal problema con el que se enfrenta el trazado de los conectomas es que en un cerebro de humano, por poneros un ejemplo familiar, hay cerca de 86.000 millones de neuronas y cada una con 10000 sinapsis de media. Al ritmo que la tecnología actual nos permite tardaríamos muchisimos años en poder trazar un conectoma completo. Por ello se está investigando e innovando en la automatización mediante la mejora de procesos computacionales y la creación complejas maquinas que realizan el proceso histologico. Actualmente se podría hablar de una carrera, como ya ocurrió en su día con la secuenciación del genoma humano, entre varios grupos de investigación asentados por todo el mundo.

 

El proyecto americano se ha denominado “Human Connectome Project”, (proyecto del conectoma humano) y participan universidades estadounidenses como  Berkeley (con alguna participación inglesa). Utilizan técnicas de resonancia magnética para obtener esquemas como el que podemos ver arriba.

Al otro lado del mar, en Europa, nos encontramos con la iniciativa “Blue Brain Project” (Proyecto cerebro azul) donde participa España con el CSIC y varias universidades. Su estrategia se basa en la construcción de un modelo de una columna cortical, una pequeña parte de la corteza del cerebro y su posterior validación. Actualmente están trabajando con ratas, pero posteriormente lo harán con gatos y primates. No esta relacionado 100% con el conectoma pues su objetivo es la creación de un encéfalo artificial pero antes deben ver como es uno en la naturaleza.

Así mismo hay equipos que no están bajo ningún proyecto grande pero que también tienen interesantes iniciativas. Uno de estos equipos es en el que trabaja Seung en el MIT. Este laboratorio ha puesto online EYEwire, una página  donde todo el mundo puede registrarse y “jugar” trazando neuritas (axones y dendritas) a través de imágenes de microscopia electrónica de transmisión (MET). He estado probando el juego varias semanas y no está mal para matar esos minutos muertos y ayudar de paso a la neurociencia. La idea de utilizar a la gente para ayudar en investigaciones no es algo nuevo ya se realizo en su día con estructuras proteicas, sin embargo la fiabilidad de EYEwire es una de las cuestiones que principalmente me preocupan aunque me imagino que deberá haber algún método de control que, actualmente, desconozco.

A mi modo de ver el comportamiento, opino que la creación del conectoma nos hará avanzar enormemente en la comprensión del cerebro, sin embargo no podemos dejar de lado todo el ambiente que rodea a las neuronas y que en mayor o menor parte pueden influir en modo de actuar de estas, desde el sistema endocrino hasta sus vecinas las células gliales.

Más información.

Varshney LR, Chen BL, Paniagua E, Hall DH, Chklovskii DB (2011) Structural Properties of the Caenorhabditis elegans Neuronal Network. PLoS Comput Biol 7(2): e1001066. doi:10.1371/journal.pcbi.1001066

Toga, Arthur W. PhD; Clark, Kristi A. PhD; Thompson, Paul M. PhD; Shattuck, David W. PhD; Van Horn, John Darrell PhD Mapping the human connectome. Neurosurgery 2012

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