Uno de los fenómenos más fascinantes del tiempo en que nos ha tocado vivir es la sinergia entre ciencia y tecnología. Esta época es tal vez la única de la historia en la que podemos observar en tiempo real cómo la ciencia impulsa a la tecnología, pero ésta hace, a su vez, avanzar a la ciencia. Ambas interaccionan en una espiral de progreso ascendente que, a menudo, deja atrás la capacidad de comprensión de la mayor parte de la humanidad.
La sinergia entre ciencia y tecnología avanza tan rápido que, bien utilizada por las mentes más brillantes, puede permitir abordar desafíos impensables hace solo… unos minutos. Entre estos, se encuentra la elaboración de un mapa detallado de las conexiones neuronales del cerebro humano. Esta nueva área de estudio se denomina conectómica.
La talla de este reto científico puede comenzarse comprender cuando sabemos que el número de conexiones entre las neuronas de cada uno de nuestros cerebros es del orden del número de estrellas en más de cien galaxias como la nuestra. Pero si la posición relativa de esas estrellas no nos dice nada, la posición relativa de las sinapsis y las rutas de conexión entre diferentes regiones del cerebro nos lo pueden decir todo, ya que cada uno de nosotros es, sobre todo, el resultado de la organización y funcionamiento de las neuronas de su cuerpo.
La sinergia entre ciencia y tecnología avanza tan rápido que, bien utilizada por las mentes más brillantes, puede permitir abordar desafíos impensables hace solo… unos minutos. Entre estos, se encuentra la elaboración de un mapa detallado de las conexiones neuronales del cerebro humano. Esta nueva área de estudio se denomina conectómica.
La talla de este reto científico puede comenzarse comprender cuando sabemos que el número de conexiones entre las neuronas de cada uno de nuestros cerebros es del orden del número de estrellas en más de cien galaxias como la nuestra. Pero si la posición relativa de esas estrellas no nos dice nada, la posición relativa de las sinapsis y las rutas de conexión entre diferentes regiones del cerebro nos lo pueden decir todo, ya que cada uno de nosotros es, sobre todo, el resultado de la organización y funcionamiento de las neuronas de su cuerpo.
Historia de la conectómica
Como con tantas otras ideas y retos, la conectómica no apareció ayer. De hecho, lo hizo el siglo pasado, allá por el año 1972. Ese año, el biólogo SydneyBrenner, de la Universidad de Cambridge, decidió realizar el mapa sináptico completo del gusano nematodo microscópico Caenorhabditiselegans. Este gusano está formado por sólo 959 células, de las que 302 son células nerviosas. Desde luego, en proporción, todos nosotros tenemos menos cerebro que un gusano(y sobre todo esos en quienes estás pensando).
El doctor Brenner y su equipo embebió los gusanos en un material plástico para endurecerlos y realizó cortes muy finos de ellos. Cada corte fue examinado al microscopio electrónico, lo que reveló las neuronas y las conexiones neuronales que se encontraban en cada sección del gusano. Tras la adquisición de estas imágenes de microscopía, el doctor Brenner y su equipo dedicaron 14 años a analizar los datos y construir el mapa tridimensional completo de la conexión de las 302 neuronas entre sí y con el resto de las células del gusano, por ejemplo con los músculos a los que controlan. Por su trabajo el doctor Brenner recibió el premio Nobel de fisiología y medicina en 2002.
Por supuesto, la escala de este trabajo no puede compararse con el desafío de realizar un mapa de conexiones sinápticas en un ratón o una rata, y menos aún en un ser humano. Sin embargo, se han realizado avances muy importantes en este sentido. Por ejemplo, el pasado mes de noviembre un equipo de la universidad de Stanford conseguía, por primera vez, estudiar la organización espacial de las sinapsis del cerebro del ratón. Para ello, los investigadores cortaron secciones de dicho órgano de tan solo 200 nanómetros de espesor (la talla de un virus grande) y pusieron en contacto estas secciones con 17 anticuerpos fluorescentes diferentes, dirigidos contra proteínas características de los diferentes tipos de sinapsis. Cada sección fue después iluminada y fotografiada para captar la fluorescencia emitida. Las fotografías de los millares de secciones fueron después unidas en una imagen única en tres dimensiones, gracias al empleo de herramientas informáticas. El resultado es espectacular: la imagen de un cerebro de ratón en 3D en la que se puede ver la posición de cada sinapsis. Los investigadores pueden saber ahora la distribución espacial de cada tipo de sinapsis y la relación que existe entre todas ellas.
Como con tantas otras ideas y retos, la conectómica no apareció ayer. De hecho, lo hizo el siglo pasado, allá por el año 1972. Ese año, el biólogo SydneyBrenner, de la Universidad de Cambridge, decidió realizar el mapa sináptico completo del gusano nematodo microscópico Caenorhabditiselegans. Este gusano está formado por sólo 959 células, de las que 302 son células nerviosas. Desde luego, en proporción, todos nosotros tenemos menos cerebro que un gusano(y sobre todo esos en quienes estás pensando).
El doctor Brenner y su equipo embebió los gusanos en un material plástico para endurecerlos y realizó cortes muy finos de ellos. Cada corte fue examinado al microscopio electrónico, lo que reveló las neuronas y las conexiones neuronales que se encontraban en cada sección del gusano. Tras la adquisición de estas imágenes de microscopía, el doctor Brenner y su equipo dedicaron 14 años a analizar los datos y construir el mapa tridimensional completo de la conexión de las 302 neuronas entre sí y con el resto de las células del gusano, por ejemplo con los músculos a los que controlan. Por su trabajo el doctor Brenner recibió el premio Nobel de fisiología y medicina en 2002.
Por supuesto, la escala de este trabajo no puede compararse con el desafío de realizar un mapa de conexiones sinápticas en un ratón o una rata, y menos aún en un ser humano. Sin embargo, se han realizado avances muy importantes en este sentido. Por ejemplo, el pasado mes de noviembre un equipo de la universidad de Stanford conseguía, por primera vez, estudiar la organización espacial de las sinapsis del cerebro del ratón. Para ello, los investigadores cortaron secciones de dicho órgano de tan solo 200 nanómetros de espesor (la talla de un virus grande) y pusieron en contacto estas secciones con 17 anticuerpos fluorescentes diferentes, dirigidos contra proteínas características de los diferentes tipos de sinapsis. Cada sección fue después iluminada y fotografiada para captar la fluorescencia emitida. Las fotografías de los millares de secciones fueron después unidas en una imagen única en tres dimensiones, gracias al empleo de herramientas informáticas. El resultado es espectacular: la imagen de un cerebro de ratón en 3D en la que se puede ver la posición de cada sinapsis. Los investigadores pueden saber ahora la distribución espacial de cada tipo de sinapsis y la relación que existe entre todas ellas.
Futuro de la conectómica
Pero este trabajo se queda pequeño ante la enormidad del proyecto que pretenden iniciar en 2011 las universidades de California, de Minnesota y de Washington, y el hospital general de Massachusetts, en los Estados Unidos. Se trata esta vez de elaborar el mapa sináptico del cerebro humano, pero no solo el de una persona, sino el de 1.200 adultos sanos. Por si esto fuera poco, se pretende también comparar estos datos con los datos genéticos y psicológicos recogidos para cada uno de los participantes del estudio.
Para conseguir esta gesta, se emplearán nuevas técnicas de imagen cerebral (ya decíamos arriba que la tecnología hace avanzar a la ciencia). Las personas estudiadas serán, además, parientes cercanos. Se cree que de esta manera se podrá evaluar mejor la contribución de los genes y del entorno a la configuración sináptica particular de cada participante. Se pretende así avanzar en la comprensión de en qué medida los genes contribuyen a las capacidades cognitivas (memoria, atención, inteligencia) y a la relación espacial particular entre las sinapsis.
A nadie se le escapa que la envergadura de este trabajo es gigantesca, comparada con la realizada por el doctor Brenner y su equipo. Pero aquellos eran otros tiempos, tiempos que, aunque forman parte de la vida muchos, parecen encontrarse ya lejanos y primitivos. Los de la actualidad son, en cambio, y a pesar de la crisis, tiempos de enorme progreso y de incremento de nuestras capacidades tecnológicas de manera exponencial. Y es que hoy las ciencias adelantan que es una barbaridad.
Pero este trabajo se queda pequeño ante la enormidad del proyecto que pretenden iniciar en 2011 las universidades de California, de Minnesota y de Washington, y el hospital general de Massachusetts, en los Estados Unidos. Se trata esta vez de elaborar el mapa sináptico del cerebro humano, pero no solo el de una persona, sino el de 1.200 adultos sanos. Por si esto fuera poco, se pretende también comparar estos datos con los datos genéticos y psicológicos recogidos para cada uno de los participantes del estudio.
Para conseguir esta gesta, se emplearán nuevas técnicas de imagen cerebral (ya decíamos arriba que la tecnología hace avanzar a la ciencia). Las personas estudiadas serán, además, parientes cercanos. Se cree que de esta manera se podrá evaluar mejor la contribución de los genes y del entorno a la configuración sináptica particular de cada participante. Se pretende así avanzar en la comprensión de en qué medida los genes contribuyen a las capacidades cognitivas (memoria, atención, inteligencia) y a la relación espacial particular entre las sinapsis.
A nadie se le escapa que la envergadura de este trabajo es gigantesca, comparada con la realizada por el doctor Brenner y su equipo. Pero aquellos eran otros tiempos, tiempos que, aunque forman parte de la vida muchos, parecen encontrarse ya lejanos y primitivos. Los de la actualidad son, en cambio, y a pesar de la crisis, tiempos de enorme progreso y de incremento de nuestras capacidades tecnológicas de manera exponencial. Y es que hoy las ciencias adelantan que es una barbaridad.
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