MADRID, 15 Nov. (EUROPA PRESS) -
Investigadores del Human Brain Project (HBP) aportan información sobre cómo se estructura la conexión entre las distintas zonas del cerebro a diferentes escalas, desde el nivel molecular y celular hasta el macronivel, y evalúan los métodos existentes y los requisitos futuros para comprender la compleja organización del conectoma.
"No basta con estudiar la conectividad cerebral con un solo método, ni siquiera con dos", afirma la autora y directora científica del HBP, Katrin Amunts, que dirige el Instituto de Neurociencia y Medicina (INM-1) del Forschungszentrum Jülich y el Instituto C. & O. Vogt de Investigación Cerebral del Hospital Universitario de Düsseldorf (Alemania).
"El conectoma está anidado en múltiples niveles --prosigue--. Para entender su estructura, necesitamos observar varias escalas espaciales a la vez combinando diferentes métodos experimentales en un enfoque multiescala e integrando los datos obtenidos en atlas multinivel como el Atlas Cerebral Julich que hemos desarrollado".
Markus Axer, del Forschungszentrum Jülich y del Departamento de Física de la Universidad de Wuppertal, que es el primer autor del artículo, ha desarrollado junto con su equipo del INM-1 un método único llamado 3D Polarised Light Imaging (3D-PLI) para visualizar las fibras nerviosas con resolución microscópica. Los investigadores rastrean el curso tridimensional de las fibras a través de secciones seriadas del cerebro con el objetivo de desarrollar un atlas de fibras en 3D de todo el cerebro humano.
Junto con otros investigadores de HBP de Neurospin (Francia) y la Universidad de Florencia (Italia), Axer y su equipo han obtenido recientemente imágenes del mismo bloque de tejido de un hipocampo humano utilizando varios métodos diferentes: resonancia magnética anatómica y de difusión (aMRI y dMRI), microscopía de fluorescencia de dos fotones (TPFM) y 3D-PLI, respectivamente.
Los métodos de microscopía como la TPFM proporcionan imágenes de resolución submicrométrica de pequeños volúmenes cerebrales que revelan las microestructuras de la corteza cerebral, pero tienen sus limitaciones a la hora de desentrañar las fibras que conectan regiones cerebrales distantes, que construyen las estructuras profundas de la materia blanca.
Según apunta, esto es aún más cierto en el caso de las mediciones de microscopía electrónica, que permiten obtener información con resolución nanométrica sobre un milímetro cúbico de tejido cerebral. Por el contrario, la RMD puede utilizarse para la tractografía a nivel de todo el cerebro, visualizando las conexiones de la sustancia blanca, pero no puede resolver las fibras individuales o los tractos pequeños.
"El 3D-PLI sirve de puente entre los métodos micro y macro --explica Amunts--. Esto se debe a que la 3D-PLI resuelve la arquitectura de las fibras con alta resolución y, al mismo tiempo, permite obtener imágenes de secciones de todo el cerebro que luego podemos reconstruir en 3D para trazar las conexiones de las fibras".
La combinación de dMRI, TPFM y 3D-PLI permitió a los investigadores superponer las tres modalidades dentro del mismo espacio de referencia. "Esta integración de datos sólo fue posible al obtener imágenes de una misma muestra de tejido", añade Axer.
El bloque de hipocampo humano viajó de Alemania a Francia, de vuelta a Alemania y, finalmente, a Italia, siendo procesado y obteniendo imágenes en diferentes laboratorios que se beneficiaron del equipamiento local, altamente especializado.
A continuación, los investigadores utilizaron el Atlas Cerebral Julich para anclar espacialmente sus datos en un espacio anatómico de referencia. El atlas tridimensional contiene más de 250 mapas citoarquitectónicos de áreas cerebrales y constituye la pieza central del Atlas Multinivel del Cerebro Humano del HBP.
"Nuestro atlas cerebral nos permite señalar exactamente en qué parte del cerebro se encuentran estas microestructuras", explica Amunts. El conjunto de datos es de libre acceso a través de la infraestructura EBRAINS del HBP y puede consultarse en un visor de atlas interactivo.
El enfoque multiescalar de los investigadores, que combina múltiples modalidades a diferentes escalas espaciales para desentrañar el conectoma humano, es único y proporciona nuevas e interesantes perspectivas sobre el funcionamiento del cerebro humano.
Aunque la reconstrucción del hipocampo es un proyecto faro, hay varios esfuerzos internacionales en curso (o a punto de comenzar) que necesitan ser orquestados a nivel de atlas abierto para permitir la integración de datos a múltiples escalas.
Amunts y Axer subrayan que se trata de un requisito previo para revelar los principios de la conectividad dentro de la gama de escalas accesibles experimentalmente, desde los axones hasta las vías. En otras palabras, es necesario un enfoque multiescalar integrado que combine métodos micro y macro para describir y comprender la organización anidada del cerebro humano. Esto requiere una reevaluación crítica de la metodología actual, incluida la tractografía, dicen los autores.
