La red neuronal revela nuevos conocimientos sobre cómo funciona el cerebro
Análisis arquitectónicos de las capas morfológicas del cerebro usando STANN. Crédito: Los autores/Cell Systems, 2021.
Para apreciar mejor cómo funciona un órgano complejo como el cerebro, los científicos se esfuerzan por comprender con precisión tanto su arquitectura celular detallada como las comunicaciones intercelulares que tienen lugar en su interior.
En Baylor College of Medicine, el Dr. Md. Abul Hassan Samee y sus colegas han dado un gran paso en esa dirección. Desarrollaron métodos computacionales avanzados que llevaron a nuevos conocimientos sobre las complejidades de la estructura y función del cerebro que pueden mejorar la comprensión de este órgano complejo, tanto en la salud como en la enfermedad.
«Actualmente, tenemos tecnologías que nos permiten para identificar y ubicar células individuales en un tejido. También somos capaces de determinar cuáles son los productos producidos por cada célula individual en ese tejido», dijo el autor correspondiente Samee, profesor asistente de fisiología molecular y biofísica y miembro del Centro de Órganos. Reparación y renovación en Baylor.
Los cerebros de los mamíferos son complejos y comprenden de varios millones a cientos de miles de millones de células y, cuando se analizan, generan grandes cantidades de datos. El desafío ha sido desarrollar formas de integrar la información en esos conjuntos de datos para generar un modelo que refleje de manera confiable cómo funciona un órgano».
En el estudio actual, Samee colaboró con Francisco Jos Grisanti Canozo, primer autor de el trabajo, y el Dr. James Martin, ambos con Baylor y el Texas Heart Institute, y Zhen Zuo, también con Baylor, para desarrollar un modelo de red neuronal para dilucidar aspectos arquitectónicos y funcionales de tejidos complejos. Han llamado al modelo Célula de transcriptómica espacial -Types Assignment usando Neural Networks (STANN).
«También usamos otras metodologías computacionales avanzadas y sofisticadas que hacen que el modelo sea más riguroso», dijo Samee. «Aplicamos STANN y los otros métodos a conjuntos de datos cerebrales existentes del bulbo olfatorio del ratón y comenzamos a ver patrones muy interesantes en la arquitectura y funcionalidad celular del cerebro».
El cerebro comprende distintas capas morfológicas, y STANN permitió a los investigadores predecir un d cuadro detallado de su organización celular. «Capa por capa, nuestro modelo proporcionó la ubicación precisa de diferentes tipos de células, si se comunicaban entre sí y por qué medios», dijo Samee. «Este fue un ‘momento eureka’ para nosotros».
Samee y sus colegas determinaron que la composición del tipo celular es bastante consistente dentro de una capa morfológica. Por ejemplo, una capa en particular puede tener un cierto porcentaje de astrocitos, neuronas y microglia que permanece igual en toda la misma capa. «Si tomamos varias secciones pequeñas de diferentes áreas de la misma capa morfológica, estos porcentajes se ven muy similares entre sí. Sin embargo, los porcentajes pueden cambiar de una capa a otra», explicó Samee.
El equipo vieron emerger un patrón diferente cuando observaron la colocalización celular. «Por ejemplo, en un área de una capa morfológica podemos ver que los astrocitos se colocalizan con las neuronas olfativas. Pero en otra área de la misma capa morfológica, estas células pueden estar completamente separadas», explicó Samee. «También vemos que la comunicación intercelular entre dos tipos de células cambia en diferentes áreas de una capa morfológica, un reflejo de que las redes reguladoras de genes están cambiando con la ubicación».
Los investigadores plantean la hipótesis de que las capas morfológicas en el cerebro tienen diferentes comunidades espacialmente localizadas de tipos celulares. Las comunidades son similares en la composición de tipos de células, pero existen grandes diferencias en cómo los tipos de células se colocalizan y se comunican dentro de una comunidad. Esto sugiere que los tipos de células cerebrales tienen subtipos localizados espacialmente que realizan funciones específicas de la ubicación.
«Esta nueva vista detallada de la organización del cerebro a nivel funcional y de una sola célula no se había descrito antes», dijo Samee.
«El enfoque del modelo de red neuronal que hemos desarrollado en este trabajo presenta un ‘manual de instrucciones’ para que otros investigadores lo usen para estudiar otras áreas del cerebro u otros órganos, como el corazón, el principal interés de mi laboratorio», dijo el coautor Martin, vicepresidente y profesor de fisiología molecular y biofísica, catedrático Vivian L. Smith de Medicina Regenerativa y director del Centro para la Reparación y Renovación de Órganos en el Baylor College of Medicine. Martin también es director del Laboratorio de Renovación de Cardiomiocitos del Texas Heart Institute.
El estudio fue publicado en Cell Systems.
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Un enfoque novedoso mejora la comprensión de la formación de nuevas neuronas en el cerebro adulto de mamíferos Más información: Francisco Jose Grisanti Canozo et al, Modelado de tipo celular en datos de transcriptómica espacial esclarece Colocalización espacialmente variable y comunicación entre tipos de células en el cerebro del ratón, Cell Systems (2021). DOI: 10.1016/j.cels.2021.09.004 Información de la revista: Cell Systems
Proporcionado por Baylor College of Medicine Cita: La red neuronal revela nuevos conocimientos sobre cómo el funciones cerebrales (22 de diciembre de 2021) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-12-neural-network-reveals-insights-brain.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.