El cerebro humano tiene una vertiginosa variedad de células misteriosas
Un equipo internacional de científicos ha mapeado el cerebro humano con una resolución mucho más fina que nunca. El atlas cerebrales375 millones de dólares esfuerzo iniciado en 2017, ha identificado más de 3.300 tipos de células cerebrales, un orden de magnitud más que fue reportado previamente. Los investigadores sólo tienen una vaga idea de lo que hacen las células recién descubiertas.
Los resultados se describieron en 21 artículos publicados el jueves en Science y varias otras revistas.
Ed Lein, neurocientífico del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro en Seattle, que dirigió cinco de los estudios, dijo que los hallazgos fueron posibles gracias a nuevas tecnologías que permitieron a los investigadores sondear millones de células cerebrales humanas extraídas de tejido biopsiado o de cadáveres.
«Esto realmente demuestra lo que se puede hacer ahora», dijo el Dr. Lein. «Abre una era completamente nueva de la neurociencia humana».
Aún así, el Dr. Lein dijo que el atlas era sólo un primer borrador. Él y sus colegas sólo han muestreado una pequeña fracción de los 170 mil millones de células Se estima que componen el cerebro humano, y estudios futuros ciertamente descubrirán más tipos de células, dijo.
Los biólogos notaron por primera vez en el siglo XIX que el cerebro estaba formado por diferentes tipos de células. En la década de 1830, el científico checo Jan Purkinje Descubrió que algunas células cerebrales tenían explosiones de ramas notablemente densas. células de Purkinjecomo se les conoce ahora, son esenciales para afinar nuestros movimientos musculares.
Las generaciones posteriores desarrollaron técnicas para hacer visibles otros tipos de células bajo un microscopio. En la retina, por ejemplo, los investigadores encontraron “células cónicas” cilíndricas que capturan la luz. A principios de la década de 2000, los investigadores habían encontrado más de 60 tipos de neuronas sólo en la retina. Se quedaron preguntándose cuántos tipos de células acechaban en los rincones más profundos del cerebro, que son mucho más difíciles de estudiar.
Con financiación de los Institutos Nacionales de Salud, el Dr. Lein y sus colegas se propusieron mapear el cerebro inspeccionando cómo las células cerebrales activaban diferentes genes. Al menos 16.000 genes están activos en el cerebro y se activan en diferentes combinaciones en diferentes tipos de células.
Los investigadores recolectaron tejido cerebral de varias fuentes, incluidas personas que habían muerto recientemente y aquellas que estaban siendo sometidas a una cirugía cerebral.
Al estudiar el tejido cerebral fresco, los científicos colocaron tubos de vidrio en la superficie de las células individuales para escuchar su actividad eléctrica, inyectaron tinte para distinguir su estructura y finalmente succionaron los núcleos de las células para inspeccionarlas más de cerca.
En lugar de realizar estos procedimientos a mano, los investigadores diseñaron robots para trabajar de manera eficiente con las muestras. Los robots han inspeccionado hasta ahora más de 10 millones de células cerebrales humanas, estimó el Dr. Lein.
Algunas de las células recién identificadas se encontraron en capas de la corteza cerebral en la superficie exterior del cerebro. Esta región es esencial para tareas mentales complejas como utilizar el lenguaje y hacer planes para el futuro.
Pero los nuevos estudios revelan que gran parte de la diversidad del cerebro se encuentra fuera de la corteza cerebral. Una gran cantidad de los tipos de células descubiertas en el proyecto se encuentran en las regiones más profundas del cerebro, como el tronco encefálico que conduce a la médula espinal.
Los investigadores encontraron muchos tipos nuevos de neuronas, células que utilizan señales eléctricas y sustancias químicas para procesar información. Pero las neuronas constituyen sólo aproximadamente la mitad de las células del cerebro. La otra mitad son mucho más misteriosos.
Los astrocitos, por ejemplo, parecen nutrir a las neuronas para que puedan seguir funcionando correctamente. Las microglías actúan como células inmunitarias, atacan a invasores extraños y podan algunas de las ramas de las neuronas para mejorar su señalización. Y los investigadores también encontraron muchos tipos nuevos de estas células.
Los investigadores utilizaron algunos de los mismos métodos para estudiar los cerebros de chimpancés y otras especies. Al comparar los resultados entre especies, los investigadores investigaron cómo el cerebro humano evolucionó para diferenciarse del de otros primates.
Estudios anteriores habían sugerido que el cerebro humano podría ser distintivo gracias en parte a la evolución de nuevos tipos de células. Pero los investigadores se sorprendieron al descubrir que todos los tipos de células del cerebro humano coincidían con las encontradas en chimpancés y gorilas, nuestros parientes vivos más cercanos.
Dentro de esas células, los investigadores descubrieron unos cientos de genes que se volvieron más o menos activos en los humanos que en otros simios. Muchos de esos genes están cerca de interruptores genéticos que activan o desactivan genes.
El Dr. Bakken y sus colegas descubrieron que varios de los genes que distinguen a los humanos están involucrados en la construcción de conexiones entre neuronas, conocidas como sinapsis.
«Son realmente las conexiones (la forma en que estas células se comunican entre sí) las que nos diferencian de los chimpancés», dijo Trygve Bakken, neurocientífico del Allen Brain Institute que trabajó en los estudios con primates.
Megan Carey, neurocientífica del Centro Champalimaud para lo Desconocido en Portugal, que no formó parte del proyecto del atlas cerebral, dijo que la investigación proporcionó una asombrosa cantidad de datos nuevos para que los investigadores los utilicen en estudios futuros. «Creo que esta es una tremenda historia de éxito», dijo.
Sin embargo, también advirtió que comprender cómo funciona el cerebro humano no sería simplemente una cuestión de catalogar todas y cada una de sus partes hasta sus detalles más finos. Los neurocientíficos también tendrán que dar un paso atrás y considerar el cerebro como un sistema autorregulador.
«Habrá respuestas en este conjunto de datos que nos ayudarán a acercarnos a eso», dijo el Dr. Carey. «Simplemente no sabemos cuáles son todavía».
Adam Hantman, neurocientífico de la Universidad de Carolina del Norte que no participó en el estudio, dijo que el atlas sería de gran ayuda para algunos tipos de investigación, como rastrear el desarrollo del cerebro. Pero cuestionó si un catálogo de tipos de células dilucidaría un comportamiento complejo.
«Queremos saber qué está haciendo la orquesta», dijo. «Realmente no nos importa lo que esté haciendo este violinista en este momento».
