Alimento para el pensamiento: Nuevos mapas revelan cómo se mantienen nutridos los cerebros
Mapas cerebrales recientemente desarrollados con detalles sin precedentes están ayudando a responder preguntas críticas sobre el flujo sanguíneo cerebral. Estos nuevos mapas ofrecen una resolución más fina que una millonésima de metro, reconstruidos aquí con áreas de alta densidad de microvasos en rojo, áreas de densidad intermedia en blanco y áreas de baja densidad en azul. Crédito: Xiang Ji y Edmund O’Donnell, UC San Diego
Nuestros cerebros son consumidores continuos. Un laberinto de vasos sanguíneos, apilados de extremo a extremo comparables en longitud a la distancia de San Diego a Berkeley, asegura un flujo continuo de oxígeno y azúcar para mantener nuestro cerebro funcionando a niveles máximos.
Pero, ¿cómo garantiza este intrincado sistema que las partes más activas del cerebro reciban suficiente nutrición en comparación con las áreas menos exigentes? Ese es un problema centenario en neurociencia que los científicos de la Universidad de California en San Diego han ayudado a resolver en un estudio recientemente publicado.
Estudiando los cerebros de ratones, un equipo de investigadores dirigido por Xiang Ji, David Kleinfeld y sus colegas han descifrado la cuestión del consumo de energía cerebral y la densidad de los vasos sanguíneos a través de mapas recientemente desarrollados que detallan el cableado cerebral a una resolución más fina que una millonésima de metro, o una centésima del grosor de un cabello humano.
Como resultado del trabajo en la encrucijada de la biología y la física, los nuevos mapas brindan información novedosa sobre estos «microvasos» y sus diversas funciones en las cadenas de suministro de sangre. Las técnicas y tecnologías subyacentes a los resultados se describen el 2 de marzo en la revista Neuron.
«Desarrollamos una tubería experimental y computacional para etiquetar, obtener imágenes y reconstruir el sistema microvascular en cerebros completos de ratones con una precisión y una integridad sin precedentes. «, dijo Kleinfeld, profesor del Departamento de Física (División de Ciencias Físicas) y de la Sección de Neurobiología (División de Ciencias Biológicas) de UC San Diego. Kleinfeld dice que el esfuerzo fue similar a la naturaleza de la ingeniería inversa. «Esto permitió a Xiang realizar cálculos sofisticados que no solo relacionaron el uso de la energía cerebral con la densidad de los vasos, sino que también predijeron un punto de inflexión entre la pérdida de los capilares cerebrales y una caída repentina de la salud del cerebro».
Preguntas relacionadas La forma en que los vasos sanguíneos transportan el alimento a las regiones activas y menos activas se planteó como un problema general en fisiología desde 1920. En la década de 1980, una tecnología conocida como autorradiografía, predecesora de la tomografía por emisión de positrones (PET) actual, permitió a los científicos para medir la distribución del metabolismo del azúcar en el cerebro del ratón.
Para comprender y resolver completamente el problema, Ji, Kleinfeld y sus colegas del Campus de Investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes y la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego llenó el 99,9 por ciento de los vasos en el cerebro del ratón con un recuento de casi 6,5 millones con un gel marcado con colorante. Luego tomaron imágenes de la extensión completa del cerebro con precisión submicrométrica. Esto dio como resultado quince billones de vóxeles, o elementos volumétricos individuales, por cerebro, que se transformaron en una red vascular digital que se podía analizar con las herramientas de la ciencia de datos.
Con sus nuevos mapas en la mano, los investigadores determinó que la concentración de oxígeno es aproximadamente la misma en todas las regiones del cerebro. Pero descubrieron que los vasos sanguíneos pequeños son los componentes clave que compensan los diferentes requisitos de energía. Por ejemplo, los tractos de materia blanca, que transfieren los impulsos nerviosos a través de los dos hemisferios cerebrales ya la médula espinal, son regiones de baja necesidad energética. Los investigadores identificaron niveles más bajos de vasos sanguíneos allí. Por el contrario, las regiones del cerebro que coordinan la percepción del sonido usan tres veces más energía y, descubrieron, se encontraron con un nivel mucho mayor de densidad de vasos sanguíneos.
«En la era de las crecientes complejidades que se desentrañan en sistemas biológicos, es fascinante observar el surgimiento de reglas de diseño simples y cuantitativas compartidas que subyacen a las redes aparentemente complicadas en los cerebros de los mamíferos», dijo Ji, estudiante graduado en física.
A continuación, los investigadores esperan profundizar en los aspectos más finos de sus nuevos mapas para determinar los patrones detallados del flujo sanguíneo que entra y sale de todo el cerebro. También investigarán la relación en gran medida desconocida entre el cerebro y el sistema inmunitario.
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Los investigadores resuelven el misterio de las conexiones de oxigenación en el cerebro Más información: Xiang Ji et al, La microvasculatura cerebral tiene una topología común con diferencias locales en la geometría que coinciden con la carga metabólica, Neuron (2021). DOI: 10.1016/j.neuron.2021.02.006 Información de la revista: Neuron
Proporcionado por la Universidad de California – San Diego Cita: Alimento para el pensamiento: Nuevos mapas revelan cómo se mantienen nutridos los cerebros (3 de marzo de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-03-food-thought-reveal-brains-nourished.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.