Una mente maravillosa
Estructura de cuadrícula de las principales vías del hemisferio cerebral izquierdo humano. IMAGEN CORTESÍA DEL PROYECTO MGH-UCLA HUMAN CONNECTOME
A menudo evocamos imágenes del cerebro humano como un pájaro empujado&rsquo ;s nido, un puré de espaguetis, o una jungla de alambres retorcidos. Pero el cerebro no es una maraña desorganizada de neuronas, según una nueva investigación. En cambio, está estructurado en una red tridimensional de fibras cerebrales similares a cintas que se cruzan entre sí de manera ordenada.
Investigadores del Hospital General de Massachusetts en Boston visualizaron la estructura geométrica simple del cerebro humano utilizando un escáner de resonancia magnética especializado. Sus resultados, descritos hoy (29 de marzo) en Science, proporcionan un sistema de coordenadas para mapear vías neuronales, como la longitud y la latitud del cerebro. La arquitectura podría conducir a una nueva comprensión del desarrollo y la evolución del cerebro.
“Donde quiera que miraran, encontraron un principio arquitectónico geométrico que trasciende cualquier parte particular del cerebro” dijo Karl…
La organización del cerebro de los primates no ha sido un hueso fácil de roer. Desde que Santiago Ramón y Cajal comenzó a diseccionar cerebros de animales ya dibujar su fina estructura en el siglo XIX, los científicos han buscado formas de visualizar la arquitectura del cerebro. A principios de la década de 1990, los científicos utilizaron métodos de colorante trazador para investigar las vías neuronales individuales: inyectaron colorante en cerebros vivos y observaron cómo se dispersaba a lo largo de los axones individuales, dejando un rastro colorido. Pero estas investigaciones mapearon solo pequeños fragmentos de cerebro en animales no humanos. Y no había una buena técnica para mapear las conexiones en el cerebro humano vivo hasta hace poco tiempo.
A fines de la década de 1990, Van Wedeen del Centro Martinos de Imágenes Biomédicas en MGH desarrolló una variación de la resonancia magnética llamada IRM de difusión, un método que le permitió mapear fibras tridimensionales, como haces de axones, en todo un cerebro vivo. Con cada cerebro que escaneó de gato, rata, mono y humano, Wedeen notó inmediatamente una organización, algo muy diferente del paradigma de espagueti de cómo se había descrito previamente el cerebro.
Había un sentido inconfundible de geometría Orden, dijo Wedeen. Vio una arquitectura que era demasiado hermosa y demasiado bien conservada entre las especies para ser accidental, recordó. Pasé diez años dejándome inconsciente, pensando: Está organizado, pero ¿cómo?
Las fibras cerebrales paralelas en dos direcciones se muestran en colores contrastantes IMAGEN CORTESÍA DE VAN WEDEEN, MGH RADIOLOGY, HARVARD MEDICAL SCHOOL
En 2010, Wedeen analizaron patrones de fibras cerebrales que se cruzan y se tocan entre sí. Ahí es donde las cosas se abrieron, dijo. Surgió un patrón matemático: el cerebro se construyó de una manera geométrica generalizada: las fibras paralelas y perpendiculares se cruzan entre sí de manera ordenada, formando un patrón de tejido bidimensional, como una tela, que se enrolla en un espacio tridimensional como una cinta. Esta cuadrícula 3D cubría todo el cerebro y las vías individuales se mapearon en tres direcciones: de adelante hacia atrás, de arriba hacia abajo y de izquierda a derecha. La cuadrícula era muy similar en todas las especies de primates, desde los cerebros complejos de humanos y monos rhesus hasta los cerebros más simples de monos búho y tití.
El cerebro tiene un plan muy simple, un sistema de coordenadas natural, dijo Wedeen, que tiene implicaciones en muchas áreas de la neurociencia. Por un lado, la estructura simple ayuda a explicar cómo evolucionó el cerebro complejo. La antigua percepción del cerebro como una masa enmarañada de neuronas no tenía sentido en términos de selección natural: ¿cómo pueden conectarse y desconectarse al azar miles de fibras cerebrales para formar una estructura más compleja? Sin embargo, una estructura geométrica simple acomoda cambios graduales guiados por la selección natural.
La nueva comprensión también informa nuestro pensamiento sobre el desarrollo del cerebro, dijo Friston. La disposición en forma de rejilla implica que los gradientes químicos, que surgen durante la embriogénesis, ayudan a dar forma al cerebro en tres dimensiones con el tiempo. No estamos simplemente comenzando con un arreglo simple y perdiéndolo por la aleatoriedad, dijo. De hecho, preservas la estructura elemental [del cerebro] desde el nacimiento.
Wedeen espera trabajar con otros para validar los hallazgos utilizando otras técnicas de investigación. La resonancia magnética sigue siendo una inferencia macroscópica de un fenómeno microscópico, dijo. ¿Qué podríamos aprender cuando reunimos la resonancia magnética, la microscopía electrónica, el modelado numérico y más?
VJ Wedeen, et al., The geometric structure of las vías de las fibras cerebrales, Science, 335, 1628-34, 2012.
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