De la microanatomía neuronal a la captura de circuitos completos

Fieles seguidores de don Santiago, Javier DeFelipe y Rafael Yuste confían en el trabajo interdisciplinar y la propuesta de metas alcanzables, pero sin dejar de soñar con desentrañar cómo funciona la mente.

María Sánchez-Monge. Madrid | Maria.Sanchez@diariomedico.com | 26/10/2015 00:00

Javier DeFelipe, profesor de investigación del CSIC especializado en el estudio microanatómico del cerebro. (Mauricio Skrycky)

Los neurocientíficos suelen comenzar sus conferencias proclamando que estudiar el cerebro es ahondar en la esencia del ser humano, en su mente. Añaden a continuación que todavía nos encontramos en los albores de ese conocimiento, a pesar de lo mucho que se ha avanzado desde los tiempos de Santiago Ramón y Cajal. A partir de ese momento empiezan a entrar en materia y exponen sus últimos logros. ¿Los resultados narrados tras esa cura de humildad son pobres o extraordinarios? El público lo juzgará.

Uno de los avances más recientes del equipo de Javier DeFelipe, director del proyecto Cajal Blue Brain en el Centro de Tecnología Biomédica de la Universidad Politécnica de Madrid, es la reproducción digital, por primera vez, de un fragmento de la neocorteza cerebral. El trabajo, que se ha publicado en la revista Cell, representa, según el científico, "un primer borrador de reconstrucción de un circuito del cerebro, que hasta ahora nunca se había hecho con ese nivel de detalle".

Ha sido la culminación de 20 años de experimentación biológica, en los que se ha generado el conjunto de datos primordial, y 10 años de trabajo de ciencia computacional, en los que se desarrollaron los algoritmos y el software necesario para reconstruir y simular el tejido de forma digital. Se realizaron decenas de miles de experimentos con las neuronas y las sinapsis en el neocórtex de ratas jóvenes y se catalogó cada tipo de célula y de conexión que se encontró. "La idea no es crear un cerebro o un Frankenstein, sino conocer mejor cómo funciona el cerebro, tener un modelo".

"Hemos logrado un primer borrador de reconstrucción de un circuito. Es un comienzo, pero demuestra que la simulación detallada del funcionamiento del cerebro es posible"

Pero, ante todo, es un comienzo: "Demuestra que la reproducción digital del cerebro humano y la simulación detallada de su funcionamiento es posible". Pero eso llegará a largo plazo. Los superordenadores actuales están todavía muy lejos de esa meta. Aun así, se ha necesitado una infraestructura de supercomputación considerable para resolver los miles de millones de ecuaciones necesarias para registrar cada intervalo de 25 microsegundos de los que se compone la simulación obtenida.

Células piramidales
DeFelipe ha pronunciado una conferencia en el Hospital Ramón y Cajal, de Madrid, con motivo del 38º aniversario del centro. Ha coincidido, además, con la celebración de la Semana dedicada a Ramón y Cajal, promovida por la Real Academia Nacional de Medicina. El científico ha destacado los avances tecnológicos y metodológicos, como los nuevos microscopios confocales y las inyecciones intracelulares, que han permitido "ver las neuronas piramidales con detalle microanatómico y con una exactitud increíble".

Entre otras cosas, se ha podido apreciar que las espinas dendríticas son dinámicas, es decir, se mueven, y que "en la enfermedad de Alzheimer el deterioro cognitivo está asociado con la alteración de las espinas, que se van perdiendo y disminuyendo de tamaño. Y ahí están los recuerdos".
En este tipo de estudios cobra cada vez más importancia la aportación de expertos de distintas ramas: ingeniería, informática, genética, mucha tecnología -"necesitamos un superordenador para comprender una sola célula piramidal"- y, sobre todo, una labor de integración. Si el cerebro entero es inabarcable, habrá que encontrar atajos: "Tomamos pequeñas muestras pero muy bien hechas, muy detalladas, y luego hacemos una anatomía predictiva. Lo mismo que hacía Cajal".

Estrategias para no perderse en la selva neuronal

Cajal Blue Brain constituye la base sobre la que se apoya un proyecto mucho más ambicioso, el Human Brain Project, cuya área molecular y celular dirige Javier DeFelipe. En él participan 150 laboratorios de 26 países y ha contado con una cuantiosa financiación de la Unión Europea. Proliferan las macroiniciativas para aunar esfuerzos en el estudio de la complejidad del cerebro. El proyecto Brain, promovido por la Administración Obama, es otro buen ejemplo de estrategia ambiciosa y bien dotada. El Human Connectome Project también se ha apuntado a la competición por desvelar los misterios del cerebro, y países como China no van a quedarse atrás... Toda una jungla de proyectos para estudiar la selva neuronal.