Este nuevo mapa del cerebro tiene cuatro dimensiones

Hace poco fue publicado un atlas que muestra las principales conexiones del cerebro de los ratones y cómo cambian durante su vida.

Estudiar el cerebro no es fácil, eso lo sabemos, pero ni siquiera así nos hacemos una idea de lo complejo que resulta. Hablamos de una masa gelatinosa y opaca a nuestra intelección más directa. ¿Cómo podemos interpretarlo? No es que sea muy hablador y su estructura se aleja mucho de las intuitivas formas de un corazón, donde sus cuatro cámaras y sus válvulas hacen fácil imaginar cómo funciona, aunque sea a grandes rasgos.

Precisamente por eso es tan complejo crear un buen mapa del cerebro. Una cartografía que nos hable, no solo de su estructura, sino de su relación con la función del cerebro. Por eso este mapa de luces y cuatro dimensiones es tan relevante en el avance para desentrañar la forma en que funciona nuestro órgano. Y precisamente para se ha cartografiado un nuevo mapa con luces y cuatro dimensiones.

No todos los mapas son iguales

Estamos familiarizados con los mapas de nuestro país, pero no todos son iguales. Hay mapas políticos, geográficos, demográficos, etc. Y cada uno de ellos codifica diferente información. En el caso de los cerebros podríamos hacer un mapa de su orogenia, de sus relieves y valles, de sus ríos de sangre y sus lagunas de líquido cefalorraquídeo. Sería una visión de su neuroanatomía más gruesa, de su aspecto macroscópico, y podríamos compararlo con un mapa geográfico.

No obstante, hace ya mucho tiempo que conocemos las unidades que lo forman, las células nerviosas que componen los cientos de miles de millones de conexiones que hay en él. Una forma interesante de utilizar esa información es observando las diferencias que muestra cada parte de él en su citoarquitectura. Por mucho que hablemos de neuronas, el cerebro también tiene otras células, como las gliales. Y, de hecho, ambos tipos muestran un gran número de subtipos que hacen que no todos los cortes en profundidad del cerebro muestren la misma composición. En algunos predominan algunos tipos y en otros destacan otra clase de células. A través de estas diferencias podemos dividir el cerebro trazando fronteras, delimitando regiones con estructuras parecidas y separándolas de otras diferentes. Este mapa político es lo que conocemos como zonas de Brodmann.

No obstante, estos mapas son poco precisos y, por sí solos ya no aportan demasiado a las vías de investigación más punteras. Precisamente por eso, y conociendo a las unidades básicas de esta historia, los científicos plantean algo mucho más fino, cartografiar el conectoma. Si pudiéramos representar cada neurona y las conexiones que establecen entre ellas tendríamos una especie de mapa de carreteras perfectamente delimitado. Una hoja de ruta de cómo viaja la información a la cual hemos llamado conextoma. El problema es que en el encéfalo humano encontramos 86.000 millones de neuronas, cada una con decenas de miles de conexiones hacia y desde otras neuronas. Hablamos de una tarea absolutamente inviable.

No obstante, puede que haya una solución intermedia. En ella, la clave está en estudiar no todas las neuronas, no cómo se conectan, sino cómo distribuyen sus diferentes conexiones. Para hacernos una idea, conviene recordar que las neuronas clásicas son como un árbol en cuyas ramas (llamadas dendritas) cae un rayo, el cual viaja hasta su soma para descender por el tronco, el axón, pero entonces ¿qué? El rayo al que acabamos de acompañar en su viaje es la información que transmite la neurona, pero, una vez al final del axón ¿cómo hace para saltar a las dendritas de otra neurona si no está en contacto directo con ninguna?

La respuesta está en la química. El espacio entre un axón terminal y una dendrita se llama hendidura sináptica y el sistema formado por estas tres entidades se conoce como sinapsis. Normalmente, cuando la corriente llega al axón este liberará determinadas moléculas que, como si fueran llaves, viajarán hasta una suerte de cerraduras situadas en la membrana de las dendritas, las cuales reciben el nombre de receptores. Al igual que no todas las llaves abren todas las cerraduras, en este caso hay muchos tipos de ambas y necesitan acoplarse a la perfección. Pues bien, lo que el equipo del doctor Seth Grant ha publicado en Science se basa precisamente en esta idea, te presentamos el sinaptoma.

Sinaptoma y árboles de navidad

Si no todas las sinapsis son iguales, podríamos clasificarlas en función de los tipos de cerraduras que presenten ¿no? En algunas sinapsis habrá más cerraduras de un tipo que de otro, así que ¿por qué no usarlo para clasificarlas? Siguiendo este planteamiento, lo que los científicos propusieron fue elegir dos proteínas de andamiaje muy presentes en las neuronas: la proteína PSD95 y la SAP10. La elección se basó en la altísima importancia de estas moléculas, relacionadas con funciones de aprendizaje a través de la plasticidad cerebral. De hecho, cuando presentan alguna alteración pueden desencadenarse alteraciones como trastornos del espectro autista o esquizofrenia.

Lo siguiente que hicieron fue diseñar anticuerpos fluorescentes, capaces de brillar y ser detectados con facilidad según se dispusieran en el cerebro. La clave está en que estos anticuerpos funcionan como perros de presa entrenados para localizar a las moléculas de interés, PSD95 y la SAP10. De este modo, al administrar los anticuerpos, los de la PSD95 llevarán su brillo hasta donde se encuentren estas moléculas y los de la SAP10 harán lo propio con un brillo diferente.

El único problema es que, para poder ver ese árbol de navidad en el que hemos transformado nuestro cerebro necesitamos verlo por dentro. Eso, dicho alto y claro, significa hacer rodajas con él, tantas y tan finas como podamos. Cada una de ellas sería como una rebanada de pan de molde y, reconstruyéndolas podemos hacernos una idea de cómo se distribuyen los 37 subtipos de sinapsis que los investigadores buscaban. Concretamente, registrando unos 5.000 millones.

Ahora bien, lonchear el cerebro de un paciente no está del todo bien visto, por lo que este mapa fue hecho en ratones. Ratones a los que hubo que sacrificar, y eso nos trae otro problema. Porque los investigadores no querían un único cerebro, necesitaban muchos y bien variados. La idea era ver cómo iba cambiando el cerebro en el tiempo, no solo en el espacio. Y esa era la cuarta dimensión de este mapa, la dimensión temporal. Para ello tomaron multitud de ratones de diversas edades yendo, desde un día de vida hasta año y medio. Así es como los investigadores se han planteado analizar el sinaptoma completo de los ratones a medida que envejecen.

El resultado

Al parecer, había tres fases claras en el desarrollo del cerebro de los ratones. La primera, correspondiente a su juventud, implica una multiplicación del número y el tipo de las sinapsis de todas las estructuras encefálicas. De hecho, esa variedad no aumenta del mismo modo en todo el encéfalo, lo cual lleva a diversificar la arquitectura de sus distintas estructuras de forma análoga a lo visto con las áreas de Brodmann.

En general se comprobó que SAP102 crece antes que PSD95. Más concretamente, pudo probarse que las estructuras con funciones más básicas, como el tronco del encéfalo y el cerebelo, maduraban mucho antes y con más rapidez. Por otro lado, las estructuras encargadas de soportar funciones más elevadas, como la memoria o la anticipación (hipocampo, corteza frontal, etc.) tardan algo más en madurar, prolongándose su crecimiento en el tiempo. Esto, curiosamente, apoya la idea de que las partes del cerebro humano implicadas en la toma de decisiones siguen sin estar del todo maduras hasta bien entrada la juventud.

Pasada esta fase, ya durante la madurez. Se podan y se forman sinapsis manteniendo un relativo equilibrio, unas por las otras. De este modo, parece no cambiar gran cosa y se entra en una fase conocida como “meseta”. Un equilibrio que desparece más adelante, pasado el momento álgido para el intelecto de los ratones (3 meses), aproximadamente más allá del año de vida. En estas fases finales, vuelven a perderse variedad y número de sinapsis, tantas, que el sinaptoma de estos ratones se parece mucho más al indiferenciado sinaptoma de las dos semanas de vida que al de los tres meses.

Por supuesto, toda esta información no deja de haber sido recogida en ratones. Sin embargo, es una buena primera aproximación. Una forma de acercarnos a entender lo que ocurre en nuestro encéfalo y cuyo valor, en parte, recae en que sus datos coinciden con lo que esperaríamos de un cerebro humano basándonos en lo que dice la psicología, la neuroanatomía, la histología y la bioquímica. Gracias a esto podremos entender mejor cómo madura y se deteriora nuestro cerebro y qué relación hay entre la cantidad y densidad de sinapsis y el desarrollo o la pérdida de funciones cognitivas como la memoria, la orientación espacial, y otras funciones que tenemos muy localizadas en el cerebro. A fin de cuentas, cuando se trata de investigación hay cosas que van indistintamente “de ratones y hombres”.

QUE NO TE LA CUELEN:

  • Todavía es imposible cartografiar a la perfección el cerebro de un ratón, mucho más en el caso de un cerebro humano. No obstante, estamos acercándonos cada vez mas con aproximaciones la mar de originales.

REFERENCIAS (MLA):