Se publica una pieza central del atlas tridimensional del cerebro humano
La arquitectura de las células nerviosas cambia en el límite entre dos áreas (línea de puntos). Esta es la base para el mapeo. Las áreas de los cerebros estudiadas se transfieren al Julich-Brain Atlas y se superponen. Dado que las áreas entre los cerebros individuales varían, se calculan mapas de probabilidad (hemisferio derecho del cerebro; el rojo significa una alta probabilidad y, por lo tanto, una baja variabilidad). El hemisferio izquierdo del cerebro muestra el mapa de máximas probabilidades para la representación simultánea de varias áreas del cerebro. Crédito: Forschungszentrum Juelich / Katrin Amunts
Julich-Brain es el nombre del primer atlas tridimensional del cerebro humano que refleja la variabilidad de la estructura del cerebro con resolución microscópica. El atlas presenta cerca de 250 áreas estructuralmente distintas, cada una basada en el análisis de 10 cerebros. Más de 24.000 secciones extremadamente delgadas del cerebro fueron digitalizadas, ensambladas en 3-D y mapeadas por expertos. Como parte de la nueva infraestructura EBRAINS del Proyecto Europeo del Cerebro Humano, el atlas sirve como interfaz para vincular información sobre el cerebro de forma espacialmente precisa. Investigadores alemanes dirigidos por la profesora Katrin Amunts han presentado ahora el nuevo atlas del cerebro en la revista Science.
Bajo el microscopio, se puede ver que el cerebro humano no está estructurado uniformemente, sino que está dividido en áreas claramente distinguibles. Estas áreas difieren en la distribución y densidad de las células nerviosas y en su función. Con Julich-Brain, los investigadores dirigidos por Katrin Amunts ahora presentan el mapa digital más completo de la arquitectura celular del cerebro y lo ponen a disposición en todo el mundo a través de la infraestructura de investigación de EBRAINS.
«Por un lado, el cerebro digital atlas ayudará a interpretar los resultados de los estudios de neuroimagen, por ejemplo, de los pacientes, con mayor precisión», dice Katrin Amunts, directora del Centro de Investigación Alemán Juelich y profesora de la Universidad de Düsseldorf. “Por otro lado, se está convirtiendo en la base de una especie de ‘Google Earth’ del cerebro porque el nivel celular es la mejor interfaz para vincular datos sobre muy diferentes facetas del cerebro”.
Un Google Tierra del Cerebro
Animación 3D del atlas. Crédito: Amunts et al., Science (2020)
De esta manera, los investigadores están haciendo una contribución significativa al Proyecto Cerebro Humano (HBP). «Junto con muchos socios en este proyecto, estamos construyendo EBRAINS como una infraestructura de investigación novedosa y de alta tecnología para las neurociencias», dice Amunts, quien también es el director de investigación científica del proyecto.
Más de se ha invertido un cuarto de siglo de investigación en el atlas 3-D. Docenas de expertos han utilizado análisis de imágenes y algoritmos matemáticos para evaluar las secciones de tejido a lo largo de los años y determinar los límites entre las áreas del cerebro, que juntas forman una longitud de casi 2000 metros.
Un mapa de probabilidad codificado por colores del cerebro polo frontal. Rojo significa una alta probabilidad y por lo tanto una baja variabilidad. Crédito: Forschungszentrum Juelich / Katrin Amunts
Las regiones varían en su diferencia
El mapeo mostró que las áreas varían entre diferentes cerebros, por ejemplo, en términos de tamaño y ubicación. Por lo tanto, el Julich-Brain muestra la posición y la forma de regiones individuales como mapas de probabilidad. Los investigadores encontraron diferencias particularmente grandes en la región de Broca, que está involucrada en el lenguaje. Por el contrario, el área visual principal parecía mucho más uniforme.
Uso de Atlas basado en la web a través de Human Brain Project y ebrains.eu. Crédito: Amunts et al., Science (2020)
Como parte de EBRAINS, el Julich Brain Atlas es el punto de partida para unir estructura y función. El atlas ya está ayudando a vincular datos sobre expresión génica, conectividad y actividad funcional para comprender mejor las funciones cerebrales y los mecanismos de las enfermedades. «EBRAINS también nos permite usar los mapas para simulaciones o aplicar inteligencia artificial para explorar la división del trabajo entre las áreas del cerebro. Las enormes cantidades de datos generados a partir de esto se procesan utilizando la plataforma informática EBRAINS». La potencia computacional proviene de la nueva red europea de supercomputación FENIX, que está formada por cinco centros líderes en computación de alto rendimiento, incluido el Julich Supercomputing Center (JSC).
Vista de mapa. Crédito: Forschungszentrum Julich/Katrin Amunts
Ciencia digital del cerebro
«Es emocionante ver hasta dónde ha progresado la combinación de la investigación del cerebro y las tecnologías digitales», dice Amunts. «Muchos de estos desarrollos convergen en el Julich-Brain Atlas y en EBRAINS. Nos ayudan a nosotros y a más y más investigadores en todo el mundo a comprender mejor la compleja organización del cerebro y a descubrir conjuntamente cómo están conectadas las cosas».
Explorar más
Desarrollan nuevo método para mapear áreas cerebrales según perfil molecular Más información: K. Amunts el al., Julich-Brain: A 3D probabilistic atlas of the human brain’s cytoarchitecture , Ciencia (2020). DOI: 10.1126/science.abb4588 science.sciencemag.org/lookup/ … 1126/science.abb4588
EBRAINS: ebrains.eu/
The Human Brain Project: www.humanbrainproject.eu/en/ Información de la revista: Science