Desarrollan un atlas cerebral que permite analizar el cerebro humano completo

El cerebro humano está formado por cientos de regiones interconectadas que sustentan nuestros pensamientos, emociones y comportamientos. Observar este órgano a nivel celular solo es posible en tejido biológico mediante microscopía, una técnica que no se puede aplicar a personas vivas, lo que dificulta analizar cómo cambia el cerebro a lo largo del desarrollo, el envejecimiento, o a causa de las enfermedades neurodegenerativas.

Los atlas cerebrales disponibles pueden identificar las principales estructuras visibles en las resonancias magnéticas –como el hipocampo, esencial para la memoria y el aprendizaje–, pero resultan insuficientes para distinguir sus subregiones más pequeñas. Estas diferencias son clave, ya que distintas partes del hipocampo, por ejemplo, se ven afectadas de manera desigual durante la progresión del alzhéimer.

Ahora, esto podría cambiar gracias al trabajo realizado por investigadores del University College London (UCL)1, que han desarrollado un nuevo atlas cerebral asistido por inteligencia artificial que permite visualizar el cerebro humano con un grado de detalle que no se había logrado conseguir hasta ahora, lo que constituye un significativo avance en el campo de la neurociencia y la neuroimagen.

El nuevo estudio se ha publicado en la revista Nature2 y presenta NextBrain, un atlas del cerebro humano adulto completo, que permite analizar escáneres de resonancia magnética de pacientes vivos en cuestión de minutos y con un nivel de precisión sin precedentes. Sus creadores han puesto el atlas a disposición pública y confían en que esta herramienta impulse el avance de la investigación cerebral y facilite diagnósticos y tratamientos más eficaces para enfermedades como el alzhéimer.

Un atlas del cerebro que se desarrolló con ayuda de Inteligencia Artificial

El desarrollo de NextBrain llevó al equipo de investigación seis años de minucioso trabajo elaborado a partir de tejido cerebral post mortem de cinco donantes humanos. Cada cerebro fue diseccionado y dividido en unas 10.000 secciones, teñidas para resaltar las estructuras, fotografiadas con microscopio y finalmente reconstruidas digitalmente en 3D. Antes de iniciar este proceso, los investigadores realizaron escáneres de resonancia magnética a los cerebros, para poder recomponer las piezas de forma precisa, como si siguieran la imagen guía de una caja de puzle.

Los investigadores utilizaron inteligencia artificial para alinear las imágenes microscópicas con las obtenidas por resonancia, corrigiendo las diferencias entre ambas técnicas y garantizando que las secciones encajaran sin solapamientos ni huecos. En total, se identificaron 333 regiones cerebrales en los modelos digitales 3D de cada uno de los cinco cerebros, un proceso que gracias a la IA se completó en mucho menos tiempo del que habría requerido de manera manual y que los autores han estimado en décadas.

El Dr. Juan Eugenio Iglesias, autor principal del estudio e investigador en UCL y en el Hospital General de Massachusetts/Harvard Medical School, ha explicado en una nota publicada por la UCL: “NextBrain es el resultado de años de esfuerzo por conectar la microscopía con la resonancia magnética. Al combinar datos de tejido de alta resolución con técnicas avanzadas de inteligencia artificial, hemos creado una herramienta que permite analizar el cerebro con un nivel de detalle antes inalcanzable. Esto abre nuevas vías para estudiar enfermedades neurodegenerativas y el envejecimiento”.

El atlas resultante, que representa un promedio de los cinco modelos cerebrales, puede generalizarse a toda la población adulta, lo que permite extraer automáticamente información detallada de resonancias de personas vivas o fallecidas. NextBrain fue evaluado en miles de conjuntos de datos de resonancia magnética, demostrando su fiabilidad para identificar regiones cerebrales en diferentes condiciones de imagen y tipos de escáner.

Esta herramienta permite analizar el cerebro con un nivel de detalle extraordinario que ayudará a estudiar enfermedades neurodegenerativas y el envejecimiento del cerebro

En una de las pruebas, el atlas se utilizó para etiquetar automáticamente las regiones cerebrales en una resonancia de ultra alta resolución disponible públicamente, obteniendo resultados casi idénticos a los de un etiquetado manual, incluso en áreas pequeñas como las subregiones del hipocampo. En otro experimento, los investigadores aplicaron NextBrain a más de 3.000 resonancias de individuos vivos para estudiar los cambios de volumen cerebral asociados al envejecimiento. Gracias al atlas, fue posible analizar estos patrones con un detalle que supera las herramientas actuales.

“Nuestro objetivo al crear este atlas era permitir a los investigadores identificar cientos de regiones cerebrales en pacientes vivos de forma rápida y consistente, manteniendo la precisión anatómica que ofrece la microscopía. El nivel de detalle de NextBrain es impresionante, y el hecho de que sea de acceso libre permitirá que científicos de todo el mundo lo utilicen de inmediato”, ha destacado la doctora Zane Jaunmuktane, del Instituto de Neurología de UCL y del Queen Square Brain Bank.

Además, ha añadido que NextBrain proporciona “un mapa sin precedentes de la arquitectura celular del cerebro”, lo que permitirá detectar los signos más tempranos de enfermedades neurológicas, incluso antes de que aparezcan los síntomas, y avanzar hacia su prevención. Todos los datos, herramientas y anotaciones de NextBrain se han puesto a disposición del público a través de la plataforma de neuroimagen FreeSurfer, junto con recursos educativos y de visualización.