Qué nos dice echar un vistazo a más de 3,000 tipos de células en el cerebro humano.

Una nueva mirada al cerebro humano está empezando a revelar la vida interna de sus residentes celulares.

El cerebro humano contiene una vertiginosa colección de células diversas, y no hay dos cerebros iguales, celularmente hablando. Esas son las conclusiones predominantes de una avalancha de 21 artículos publicados en línea el 12 de octubre en Science, Science Advances y Science Translational Medicine.

Los resultados apenas comienzan a arañar la superficie de la comprensión de los misterios del cerebro. Aún así, proporcionan la mirada más íntima hasta ahora a las células que construyen el cerebro y ofrecen pistas sobre cómo el cerebro permite pensamientos, acciones y recuerdos. La recopilación de datos también puede guiar a los investigadores en su búsqueda de las causas de trastornos cerebrales como la esquizofrenia, la enfermedad de Alzheimer y la depresión.

El nuevo mapa cerebral es el resultado de un esfuerzo de investigación internacional coordinado llamado Red de Censo Celular de la Iniciativa Cerebral de los Institutos Nacionales de Salud, o BICCN, que se intensificó en 2017. Muchos de los estudios de la colección se basan en una poderosa tecnología llamada genómica celular. El método revela qué genes están activos dentro de una sola célula, información que proporciona pistas sobre la identidad y el trabajo de la célula.

En el marco del BICCN, los investigadores examinaron todo tipo de cerebros. Un proyecto detalló las células en pequeños trozos de tejido cerebral vivo extraídos de 75 personas sometidas a cirugía por tumores o epilepsia, un enfoque que se ha utilizado antes en escalas más pequeñas (SN: 7/8/19). Otro examinó muestras tomadas de los cerebros de 17 niños fallecidos. Otro más examinó el tejido cerebral de siete personas, siete chimpancés, cuatro gorilas, tres macacos rhesus y tres titíes.

La resolución proporcionada por la genómica unicelular reveló detalles sobre las células del cerebro humano de una manera que los métodos anteriores no podían. "Es sorprendente lo bien que funciona", afirma Ed Lein, neurocientífico del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro de Seattle y uno de los investigadores principales del grupo BICCN. En conjunto, los nuevos estudios describen más de 3.000 tipos de células que residen en el cerebro humano.

La conclusión principal, dice Lein, es que "el cerebro es realmente complejo, desde una perspectiva celular".

En medio de esa complejidad, ya han surgido varias ideas clave, incluidas pistas sobre cómo se desarrollan los cerebros humanos, cómo varían entre las personas y en qué se diferencian de los cerebros de parientes primates cercanos.

Algunos de los estudios se centraron en cerebros muy jóvenes. Un estudio de los dos primeros trimestres del crecimiento del cerebro, por ejemplo, reveló detalles previamente desconocidos sobre las identidades de las células nerviosas en el tálamo, una especie de estación de paso para la información que llega al cerebro. Muchas de esas células, llamadas neuronas GABAérgicas, nacen en otras partes del cerebro en desarrollo y migran al tálamo.

Otros resultados muestran que los primeros años son muy importantes. Seth Ament, neurocientífico de la Facultad de Medicina de la Universidad de Maryland en Baltimore, y sus colegas observaron las células cerebrales en el cerebelo, una región del cerebro en la parte posterior inferior del cerebro. En los niños que murieron con inflamación en el cerebro, ciertos tipos de células nerviosas (neuronas de Purkinje y Golgi) tenían niveles alterados de genes activos. El patrón, que se observó en ocho cerebros, sugiere que la inflamación temprana en la vida podría alterar el desarrollo de las células nerviosas en ciertos puntos.

"Me sorprende que hayamos visto algo tan consistente en las muestras", dice Ament.

Algunos de los estudios se centraron en la variabilidad entre regiones del cerebro y entre personas.

Un estudio examinó células de unos 100 puntos extraídos de cuatro cerebros adultos. Los investigadores descubrieron, entre muchas otras cosas, que las células llamadas astrocitos usaban sus genes de manera diferente según dónde residieran. El hallazgo sugiere que estas células, que se sabe que ayudan a las células nerviosas a formar conexiones y mantener sano el tejido cerebral, pueden estar especializadas en su región.

Otro estudio examinó ocho regiones de la neocorteza, el área exterior arrugada responsable del pensamiento sofisticado. Los científicos descubrieron que las células en esas regiones están algo estandarizadas y se clasifican consistentemente en 24 categorías. Pero las regiones sí tienen diferencias en las proporciones de las células. Lo que eso significa para el funcionamiento de estas regiones es una incógnita.

También existen similitudes entre las personas. Los investigadores encontraron patrones celulares muy consistentes cuando compararon las células cerebrales de 75 personas. Pero también había mucho margen de maniobra. La microglía, células inmunitarias del cerebro que también esculpen las conexiones de las células nerviosas, eran especialmente únicas en los genes que utilizan de persona a persona, por ejemplo.

Algunas investigaciones comparan los cerebros humanos con parientes primates, incluidos chimpancés, gorilas, macacos rhesus y titíes. Al observar las células del cerebro de otros primates, dice Lein, "finalmente podemos preguntarnos qué hace que los humanos sean únicos".

En general, las células de la circunvolución temporal media, una parte de la corteza cerebral, no diferían mucho entre los cerebros de los primates. "Es realmente sorprendente que esta compleja composición celular esté tan conservada", dice Lein. "Pero también tienes estos cambios".

En comparación con otros primates, las células cerebrales humanas usan ciertos genes de manera diferente, en particular genes relacionados con la forma en que las células forman conexiones y se comunican, encontraron los investigadores. El análisis también reveló unos cientos de genes que parecen comportarse de maneras específicas de los humanos en las células cerebrales. Los investigadores aún no saben qué podrían estar haciendo esos genes.

El neuroanatomista en imágenes Matthew Glasser advierte que puede ser difícil decir exactamente qué áreas del cerebro son comparables entre los primates. Aun así, los resultados son "el primer paso de algo realmente interesante", afirma Glasser, de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis, que no participó en estos estudios.

En general, el progreso representado por estos y otros resultados relacionados "es verdaderamente alucinante", afirma el cartógrafo cortical David Van Essen, que no trabajó en los nuevos estudios. "La comunidad sin duda se beneficiará de lo que se publicará en esta colección de artículos".

Pero, lo que es más importante, es sólo un vistazo de lo que está por venir. “En mi opinión, no es un punto final”, dice Van Essen, también de la Universidad de Washington. "Es más bien un punto medio".

Ament está de acuerdo. “Estos documentos, por muy importantes que creo que sean, no son el final”, afirma. "Es más bien el comienzo y ahora tenemos mucho más trabajo por hacer".

Los nuevos mapas cerebrales probablemente serán revisados, perfeccionados y ampliados, afirma Lein. Los científicos ya están trabajando en las próximas iteraciones, que buscan combinar vistas alejadas de las redes cerebrales y el comportamiento cerebral con los detalles ultrafinos proporcionados por la tecnología unicelular.

"Ahora que tenemos estas técnicas", dice Glasser, "estamos tratando de combinarlas con imágenes cerebrales y neurociencia de sistemas para intentar resolver el rompecabezas".

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