Desarrollan un novedoso modelo para codificar el “cableado” cerebral

Los números son sorprendentes: cerca de 100 mil millones de neuronas, cada una de ellas con hasta 50 mil conexiones entre sí, todo condensado en un órgano que pesa menos de 1 kilo y medio. Es el cerebro, esa fascinante parte del cuerpo que ninguna súper computadora inventada por el ser humano ha podido igualar jamás. Queda claro que semejante volumen de información ha de ser muy complejo de estudiar, algo que sin embargo no desanima a los científicos dedicados a develar sus misterios.

En este camino se encuentra César Caiafa, investigador independiente del CONICET en el Instituto Argentino de Radioastronomía (IAR, CONICET- CICPBA), quien acaba de desarrollar un modelo matemático -un esquema numérico que representa un objeto y permite hacer simulaciones- para analizar todas las conexiones cerebrales al mismo tiempo. La herramienta se llama ENCODE y está disponible online para que cualquiera que la necesite la descargue gratuitamente. La novedad se publicó a comienzos de septiembre pasado en la prestigiosa revista Scientific Reports.

“Lo que permite este programa es relacionar las imágenes que arroja la resonancia magnética por difusión (RMD), una técnica que muestra la estructura nerviosa del cerebro, con un conectoma, como se denomina a la descripción de la red de todas los elementos y conexiones que tienen lugar en dicho órgano”, describe Caiafa, quien desarrolló esta investigación en el marco de una estadía de trabajo en la Universidad de Indiana, Estados Unidos, donde se encuentra hasta febrero de 2018.

El cerebro comprende dos tipos de tejido: la sustancia gris, que es la corteza compuesta por neuronas y organizada en regiones donde se procesa la información; y la blanca, formada por axones, prolongaciones de las neuronas por donde se transmiten los impulsos nerviosos, que actúan como cables conectando las distintas partes. “Un conectoma es un mapa del total de esas conexiones: una descripción detallada de todas las fibras de la sustancia blanca, incluyendo sus trayectorias e identificando los lugares que conectan”, explica Caiafa.

El estudio de estas complejísimas redes dio origen a una nueva área de investigación denominada conectómica, que “analiza al cerebro como una malla donde distintas regiones de la corteza funcionan cual centro de cómputos, que vendrían a ser los nodos, con fibras que actúan a modo de links entre ellos”, apunta el especialista, y agrega que “gracias al avance de sus imágenes, la tecnología DRM permite obtener conectomas ‘en vivo’ de manera no invasiva a partir de algoritmos que detectan las orientaciones de las fibras en cada punto, y que se denominan tractografías”.

El problema de esos conectomas es que no son del todo confiables porque dependen de algunos parámetros no controlados que producen una muy alta variabilidad. Precisamente, la estadía de Caiafa en la universidad norteamericana tiene que ver con la resolución de ese inconveniente, dado que fue convocado para mejorar un método desarrollado por expertos de aquella casa de estudios que, si bien había logrado subsanar este desfasaje, la lectura de sus cómputos demoraba muchos días.

En este sentido, ENCODE logró reducir ese tiempo de análisis a menos de una hora y empleando un espacio de memoria 40 veces más pequeño, ya que las fibras del conectoma se representan en un espacio tridimensional en lugar de hacerlo en dos dimensiones. De esta manera, puede realizarse desde una simple computadora de escritorio. En el trabajo que se publicó, la herramienta se aplicó a 1490 conectomas de adultos sanos provenientes de distintos registros de datos públicos.

Investigador de la Universidad de Indiana y segundo autor de la publicación, Franco Pestilli señala que históricamente la actividad del cerebro se analizaba a partir de tejido post mortem, y que gracias al avance de técnicas de este tipo hoy es posible estudiar el órgano vivo. “Estas mediciones permiten relacionar lo que se observa a nivel anatómico con cuestiones de comportamiento humano, desarrollo y crecimiento, tanto en salud como en enfermedad”, explica.

Así, Pestilli enfatiza la importancia de los métodos de análisis de datos como ENCODE ya que, cuanto más sofisticadas son las herramientas, más difícil es interpretarlas, y la línea de investigación que lleva adelante junto con Caiafa persigue precisamente este objetivo: compatibilizar ambas características.

“El hecho de que un científico desarrolle un modelo computacional novedoso no implica que los médicos puedan aprovecharlo enseguida. El impacto de las tecnologías más innovadoras suele demorarse por la complejidad de su uso”. De este modo el investigador subraya la trascendencia de la nueva herramienta desarrollada –que se encuentra en Brain-life, un sitio web abierto para el procesamiento de imágenes cerebrales- y concluye: “Ojalá que a través de esta plataforma online bien integrada con los métodos de análisis disponibles podamos avanzar en la investigación biomédica”.