Crean mapas del cerebro que revelarán el origen del autismo o la esquizofrenia

Un viaje al interior del cerebro en desarrollo es lo que describe una colección de 12 artículos publicados en la prestigiosa revista Nature1, en los que se explican los grandes avances que están ayudando a los científicos a entender cómo se forma y se organiza el cerebro humano desde antes del nacimiento hasta la adolescencia. Un proceso cuya comprensión es clave para descubrir el origen de enfermedades como el autismo, la esquizofrenia, el déficit de atención o la depresión.

Desde hace siglos, los científicos saben que el cerebro contiene una enorme variedad de células, cada una con funciones específicas. Pero recién en los últimos años, gracias a tecnologías capaces de analizar miles de células individualmente, se ha podido crear un atlas detallado del cerebro, que muestra los tipos de células que existen, dónde se localizan y cómo cambian a medida que cumplimos años.

Estos mapas revelan que el desarrollo cerebral no es uniforme y que ciertas áreas, como la corteza cerebral (relacionada con el pensamiento y el comportamiento), continúan madurando hasta la adolescencia. Este largo proceso permite el aprendizaje y la creatividad, pero también aumenta el riesgo de que errores genéticos o ambientales afecten al cerebro.

El proyecto BRAIN Initiative y sus hallazgos

Los científicos del proyecto BRAIN Initiative2 han identificado miles de tipos distintos de células cerebrales y están comenzando a reconstruir cómo se originan. Entre sus hallazgos destacan que en el cerebro en desarrollo las células madre pueden transformarse en distintos tipos celulares (neuronas, células gliales, etcétera), o que existen diferencias importantes entre especies: por ejemplo, los humanos tienen ciertos tipos de neuronas que no existen en los ratones.

En el cerebro humano, además, se han encontrado células “triple potencial”, capaces de generar distintos tipos de neuronas y células de soporte. Algunas de ellas, cuando se alteran, parecen estar relacionadas con tumores cerebrales. Los mapas permiten rastrear el momento exacto en que mutaciones genéticas pueden alterar el desarrollo normal y dar lugar a enfermedades mentales.

"Este atlas de tipos celulares en el desarrollo es imprescindible no solo para entender científicamente cómo se desarrolla el cerebro, sino que además es una información fundamental para entender las alteraciones y patologías que ocurren durante el embarazo y en las primeras etapas de la vida”

Uno de los grandes retos es conectar estos descubrimientos con el funcionamiento del cerebro completo. Saber cómo se conectan entre sí las neuronas (el llamado conectoma) ayuda a entender cómo surgen los pensamientos, las emociones y las conductas. Los científicos buscan ahora relacionar los mapas de células con los mapas de circuitos neuronales y con los trastornos mentales.

El futuro de la neurociencia: inteligencia artificial y medicina de precisión

Los nuevos atlas del cerebro también servirán como referencia para comparar cerebros sanos y enfermos, detectando en qué etapa del desarrollo surgen las diferencias; evaluar la calidad de los organoides cerebrales, que son pequeñas réplicas de tejido cerebral creadas en laboratorio para estudiar enfermedades o probar tratamientos; desarrollar terapias personalizadas, como el reemplazo de neuronas dañadas o la reparación genética dirigida a tipos celulares específicos.

El siguiente paso es integrar todos estos datos (genéticos, moleculares, espaciales) con ayuda de la inteligencia artificial, que puede detectar patrones invisibles para los humanos. El objetivo final es crear un mapa completo del cerebro humano a lo largo de toda la vida, que sirva para prevenir y tratar enfermedades neurológicas con una precisión que hasta ahora no ha sido posible.

Este trabajo marca un cambio de era en la neurociencia. Por primera vez, estamos aprendiendo cómo el cerebro se construye célula a célula, y cómo pequeñas alteraciones en ese proceso pueden dar lugar a enfermedades. Estos mapas no solo explican de dónde vienen los trastornos mentales y neurológicos, sino que también abren el camino hacia nuevas terapias, más humanas y personalizadas.

Rafael Yuste, Profesor de Ciencias Biológicas y director del Centro de NeuroTecnología de la Universidad de Columbia (Nueva York), presidente de la Fundación NeuroRights e impulsor del proyecto BRAIN, ha explicado en declaraciones a SMC España3: “Esta remesa de artículos es otro de los resultados de la Iniciativa BRAIN, lanzada por el presidente Obama en el 2013 y que se espera continuará hasta el 2030. Esta iniciativa, con un presupuesto total estimado de más de 6.000 millones de dólares, provee fondos a más de 550 laboratorios agrupados en consorcios, incluidos a los firmantes de estos artículos del Instituto Allen de Seattle”.

“El objetivo de BRAIN es el desarrollo y la aplicación de la neurotecnología, definida como métodos para mapear y modular el cerebro, y entre los métodos más avanzados utilizados por el BRAIN se encuentran los transcriptómicos, que permiten mapear los tipos celulares presentes en el cerebro. Utilizando estos métodos, estos artículos describen con detalle los tipos de células del cerebro de los mamíferos durante su desarrollo”.

“Este atlas de tipos celulares en el desarrollo es imprescindible no solo para entender científicamente cómo se desarrolla el cerebro, algo absolutamente fascinante si uno tiene en cuenta que se ensambla por sí mismo y se autoorganiza sin instrucciones externas, sino que además es una información fundamental para entender las alteraciones y patologías que ocurren durante el embarazo y en las primeras etapas de la vida”.

Laura López-Mascaraque, profesora de investigación del CSIC en el Instituto Cajal, afirma que “estos mapas del desarrollo cerebral en mamíferos ofrecen una visión extraordinariamente detallada de cómo el cerebro se construye célula a célula, desde sus primeras etapas hasta la madurez. Nos ayudan a entender los periodos críticos del desarrollo, esas ventanas temporales en las que el cerebro es especialmente sensible a los estímulos y también a las alteraciones genéticas o ambientales”.

“Comprender qué ocurre en esas etapas tempranas es fundamental para explicar el origen de muchos trastornos del neurodesarrollo, desde el autismo hasta la esquizofrenia, y para diseñar estrategias de prevención o intervención más precisas”.

“Aunque todavía hay retos importantes, como por ejemplo integrar completamente la información entre especies o entre distintas etapas del desarrollo, esta serie de trabajos constituye un avance significativo en la neurociencia del desarrollo y proporciona una base de conocimiento importante para comprender cómo se construye el cerebro y cómo surgen sus enfermedades”, concluye.