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El conectoma, el ‘genoma humano’ del #cerebro

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Imagen que reproduce las conexiones neuronales del cerebro humano GYI

Imagen que reproduce las conexiones neuronales del cerebro humano GYI

Ciencia | 29/05/2013 – 00:10h | Última actualización: 29/05/2013 – 16:24h

Josep Fita

Descifrar el genoma humano, hito que consiguió en 2003 un consorcio internacional de científicos, supuso un gran paso para la ciencia. Era la culminación de un proyecto mastodóntico iniciado 13 años antes. Aunque todavía no se han logrado predecir, diagnosticar y tratar muchas de las enfermedades actuales, la medicina se transformó como nunca gracias a aquel hallazgo.

Pero lo que está por venir supera con creces el hecho de haber descifrado lo que muchos convinieron en tildar como El árbol de la vida. Estamos hablando de determinar, ni más ni menos, el mapa completo de las conexiones del cerebro: el conectoma. “Es algo mucho más complicado, sin duda. No tiene punto de comparación”, señala a LaVanguardia.com Javier de Felipe, investigador del CSIC que actualmente desarrolla su actividad en el laboratorio Cajal de Circuitos Corticales (UPM). “Estamos hablando de miles de millones de neuronas y de billones de conexiones, con sus correspondientes combinaciones”, añade.

A día de hoy, existe una especie de carrera entre Europa y Estados Unidos para ver quién consigue mapear antes los circuitos neuronales del cerebro humano. Por una parte está el Human Brain Project: una iniciativa gigantesca europea, que cuenta con 1.000 millones de euros de presupuesto y una duración de 10 años, que persigue crear simulaciones detalladas del cerebro basándose en datos reales; y por otra estaría el BRAIN: un proyecto norteamericano, en el que participa el científico español Rafael Yuste, que tiene por objetivo crear (con un presupuesto de 100 millones de dólares el primer año) el mapa del cerebro humano para ayudar en un futuro a curar enfermedades como el Alzheimer o la epilepsia. Y es que ahora los científicos saben que muchas enfermedades psiquiátricas, como el autismo o la esquizofrenia, son conectopatías, enfermedades en las que el cableado del cerebro es anómalo.

Ambos proyectos, tanto el europeo como el norteamericano, tienen puntos en común, “aunque son diferentes”, apunta Mara Dierssen, neurobióloga del Centro de Regulación Genómica de Barcelona (CRG). “En el europeo, la idea es aplicar las ciencias de la tecnología y la información a la investigación en neurociencia. El proyecto norteamericano, sin embargo, recuerda más al del genoma humano: mapeo de todas las neuronas del cerebro”, agrega.

La industria de la computación está muy interesada en todo este tipo de proyectos. Y es que el cerebro humano funciona con una potencia de tan sólo 12 vatios, frente a los miles de vatios que requieren, por ejemplo, los superordenadores para trabajar. Sin ir más lejos, cada uno de los 90 servidores de la supercomputadora de IBM Watson –un sistema informático de inteligencia artificial capaz de responder a preguntas formuladas en lenguaje natural- requiere de 1.000 vatios para funcionar. “No es que nuestro cerebro sea más capaz que una supercomputadora, sino que utiliza ‘trucos’ matemáticos, es decir, algoritmos matemáticos que todavía desconocemos”, esgrime De Felipe, máximo responsable de una de las divisiones, la molecular y celular, del Human Brain Project.

“Nuestro cerebro tiene una información incompleta del mundo por lo que tiene que hacer una estimación estadística del estado probable de éste y de los presumibles resultados de sus acciones o decisiones. Podríamos definir el cerebro como un inmenso procesador matemático que resuelve esta cuestión de una forma increíble. Es por eso que no sólo queremos conocer su diseño, sino cuáles son también los algoritmos que utiliza para percibir el mundo”, remata.

El conectoma y el sinaptoma

Hay varios niveles de análisis del cerebro: uno macroscópico -por ejemplo, a través de resonancias magnéticas- y otro intermedio -en el que se utiliza un microscopio óptico y se trabaja en micras- que supondrían mapas de conexiones que quedarían definidos bajo el término conectoma. Pero todavía hay un tercero más complejo, que es el mapa a nivel ultraestructural de las conexiones sinápticas de las neuronas, que sería lo que se conoce como sinaptoma. Para De Felipe, “descifrar el sinaptoma es imposible dadas las dimensiones del cerebro”.

Utilizando una analogía, identificar las autopistas que vertebran un territorio podría equivaler al conectoma, mientras que conocer las salidas que tiene cada una de ellas, saber a qué poblaciones llevan y averiguar, además, en cuál de éstas vive el Sr. ‘X’ (calle, edificio y piso de residencia incluidos) sería el equivalente al sinaptoma. A través de este ejemplo, es fácil determinar el diferente grado de dificultad a la hora de descifrar uno u otro mapa de conexiones.

Hasta ahora se conoce un solo conectoma: el de un nematodo (gusano cilíndrico) llamado Caenorhabditis Elegans. Su modesto sistema nervioso consta de sólo 300 neuronas. En las décadas de 1970 y 1980 un equipo de investigadores trazó el mapa de sus 7.000 conexiones interneuronales, es decir, su conectoma. Obviamente, el del ser humano es mucho más complejo y es que tiene más de 100 mil millones de neuronas y 10 mil veces más de conexiones.

Posible utilidad práctica

“Si no conocemos cómo está organizado el cerebro, es prácticamente imposible conocer cómo se altera por la acción de las diversas enfermedades que le afectan y por tanto se hace muy difícil combatirlas de forma efectiva”. Esta reflexión del neurocientífico Javier de Felipe es muy ilustrativa de lo que persiguen proyectos como los del Human Brain Project, el BRAIN o incluso el Cajal Blue Brain, otra de las iniciativas en las que está involucrado este investigador del CSIC.

El Cajal Blue Brain está intentando descifrar la estructura de un pequeño fragmento de corteza cerebral para poder así hacer simulaciones muy reales de cómo ésta funciona. “Sabríamos cómo afecta un fármaco al cerebro mediante una simulación. Podríamos analizar millones de posibles cambios y hacer experimentos a través de esta simulación. Es la misma idea que persigue el ‘Human Brain Project’”

A pesar de las expectativas que han levantado estos proyectos, parte de la comunidad científica ha mostrado sus dudas con respecto a poder llegar a comprender, algún día, el cerebro humano. “Eso es absurdo”, asegura De Felipe. “No hay nada que nos pueda parar en el estudio del cerebro”, sentencia.

La utilidad de una simulación completa del cerebro también ha sido puesta en tela de juicio por algunos científicos. “Los modelos computacionales, por ahora, también tienen sus limitaciones”, recuerda Dierssen. “Necesitas datos sólidos. Además, la información que vas obteniendo va cambiando a lo largo del tiempo y de forma importante. O sea, que se están haciendo modelos de algo que cambia de forma muy dinámica”.

Otro de los problemas en los que se sustenta la desconfianza mostrada por algunos de los investigadores radica en el hecho de que “se ha sobredimensionado un poco la posible aplicabilidad de estos proyectos diciendo por ejemplo que se podrán imitar ‘in silico’ [por ordenador] patologías tan complejas como el Alzheimer”, explica Dierssen. Esta neurobióloga del CRG se muestra convencida de que estas investigaciones “permitirán avances conceptuales que al final se traducirán en un beneficio para los ciudadanos”, pero piensa que es muy importante moderar el mensaje para evitar “confusión y frustración entre la gente”.

Algún anuncio en 2013

Aunque estos proyectos, como es el europeo, trabajan a años vista, la revista Science ya ha anunciado que para este 2013 se podría hacer público algún avance notable en el campo del conectoma. Habrá que esperar para ver qué nos va a ir deparando la ciencia en este terreno, pero todo parece indicar que serán progresos que podrían cambiar los esquemas actuales de la neurociencia.

Fuente: lavanguardia.com

La actividad eléctrica de las #neuronas, reunida en un catálogo

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1362739082997Una investigación liderada por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha logrado reconocer la actividad eléctrica de cada grupo de neuronas del hipocampo -una estructura principal del cerebro situada en la parte interna del lóbulo temporal- y generar un catálogo que permite diferenciarlas en función del proceso cerebral que se esté llevando a cabo.

Y  es que cada estímulo exterior o pensamiento genera una actividad cerebral concreta que se expresa a través de la activación de determinados grupos de neuronas. En función del estímulo, estos grupos de células ejecutarán un patrón distinto de activación.

Hasta ahora, el registro de la actividad cerebral se llevaba a cabo mediante electroencefalogramas. El investigador del CSIC en el Instituto Cajal, Óscar Herreras, ha liderado la investigación y explica que “esta técnica es escasamente útil ya que, aunque recoge impulsos eléctricos neuronales, es incapaz de informar de qué grupos de neuronas entran en acción en cada circunstancia ni cómo se coordinan”.

El CSIC ha conseguido separar las ‘hebras’ de la madeja neuronal

Herreras compara los datos aportados por los electroencefalogramas con “madejas de hilo compuestas por hebras de distintos colores”. “Nuestro trabajo ha logrado separar cada una de esas hebras”, añade.

Identificación de los grupos neuronales

El equipo de Herreras, que previamente desarrolló la técnica de análisis y que publica el nuevo avance en la revista Cerebral Cortex, ha logrado identificar los distintos grupos neuronales que se activan en el hipocampo de las ratas de laboratorio (Ratus norvergicus).

Para ello, se implantaron dispositivos multielectrodo en el cerebro de los animales, lo que generó el registro de hasta 96 regiones de su hipocampo. Mediante el análisis matemático y la aplicación de compuestos químicos cerca de las zonas de registro ha sido posible discriminar la actividad de cada grupo de neuronas en función del estímulo recibido.

Por ello, a partir de ahora, la actividad neuronal podrá ser monitorizada sin necesidad de estímulos, sea cual fuere la tarea que se esté ejecutando.

Se podrán detectar patologías

Para el investigador del CSIC, este etiquetado eléctrico de las distintas poblaciones neuronales puede ser “una herramienta muy útil para el diagnóstico temprano de neuropatologías como la enfermedad de Alzheimer, el Párkinson y la epilepsia”.

Los electroencefalogramas nos dan pistas sobre la presencia de estas dolencias, ya que ofrecen un registro de la actividad cerebral alterado con respecto al de un cerebro sano. Herreras considera que “gracias al catálogo desarrollado por el equipo, a partir de ahora será mucho más fácil discernir qué región del cerebro está actuando de forma anómala”.

Fuente: rtve.es

El CSIC evalúa la inteligencia visual a través de Facebook

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Un equipo de investigadores del Instituto Cajal ha creado una aplicación donde evaluar la inteligencia visual a través de Facebook

Han desarrollado una aplicación en la red social para testar diferentes habilidades cognitivas

Un equipo del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha desarrollado una aplicación web para evaluar a través de la red social Facebook la inteligencia visual de los usuarios. La nueva plataforma permitirá a los investigadores testar diferentes habilidades cognitivas y obtener una gran cantidad de datos con los que determinar los parámetros que afectan a la capacidad visual del cerebro.

Cualquiera que disponga de un perfil en Facebook puede acceder a esta aplicación, disponible en castellano y en inglés, y que consta de diferentes pruebas para medir la inteligencia visual y la capacidad de cálculo.

“Es la primera vez que utilizamos una red social para un estudio cognitivo, lo que nos permitirá obtener una gran cantidad de información de la capacidad cognitiva de usuarios de Internet de todo el mundo. Una vez recopilada la información, la analizaremos para obtener modelos y resultados sobre capacidad visual que resulten novedosos”, explica el investigador del CSIC y director del estudio Gonzalo García de Polavieja, que trabaja en el Instituto Cajal.

Examinar la capacidad visual

La aplicación, programada en PHP y Javascript, se ha planteado como un sencillo juego que tiene una duración máxima de tres minutos. Antes de comenzar a responder, se les pide a los participantes permiso para utilizar su información pública básica y de perfil, como la edad o el lugar de nacimiento. Tras obtener su consentimiento, aparece la pantalla inicial, donde se presentan las reglas de participación en el juego.

“Es entonces cuando comienzan las pruebas, que son de dos tipos. Por un lado, se pide a los participantes que estimen, por ejemplo, cuántos lápices ven en una determinada figura, y por otro, que calculen, entre dos posibilidades, cuál tiene mayor número de lápices. Además, algunos de estos juegos pueden recoger información social, como por ejemplo, el número de personas que han escogido una respuesta determinada”, precisa el investigador del CSIC Ángel Carlos Román, desarrollador de la herramienta.

Una vez respondidas todas las preguntas, el programa calcula la puntuación en función del acierto y la rapidez en contestar. El resultado aparece en una lista con las puntuaciones históricas, y debajo la aplicación ofrece al usuario la posibilidad de invitar a sus amigos a participar también.

Los datos generados se almacenarán en un fichero de texto alojado en un servidor externo al CSIC. “Los resultados ayudarán a determinar qué factores (tiempo, información social o edad) afectan a la capacidad visual. Este análisis nos permitirá elaborar un modelo de esta respuesta en seres humanos”, señalan los investigadores.

https://apps.facebook.com/visualintelligence/

Fuente: Instituto Cajal – CSIC