La humanidad acaricia el sueño de entender la mente humana con el mapa más completo del cerebro de un ratón | Ciencia

La historia de la ciencia cambió para siempre un día del verano de 2011, en un palacete inglés llamado Chicheley Hall. Allí se reunieron dos decenas largas de expertos en el cerebro y especialistas en el estudio de estructuras de millonésimas partes de milímetro, para charlar sobre posibles colaboraciones. El neurocientífico español Rafael Yuste se puso en pie y propuso analizar todas las neuronas, una a una. Investigar solo un puñado —proclamó— era como intentar ver la televisión mirando un único píxel. Aquella idea sonaba quijotesca, pero se convirtió en la Iniciativa BRAIN, un proyecto gubernamental estadounidense que ya acumula unos 3.000 millones de euros de presupuesto. Sus últimos resultados, publicados este miércoles, son impresionantes: el primer mapa casi completo del cerebro de un ratón. El sueño de conquistar el órgano del pensamiento humano está hoy mucho más cerca.

El médico español Santiago Ramón y Cajal comenzó en 1888 a elaborar un mapa del cerebro, él solo, en su casa de Barcelona. Empezó con órganos de aves, así que su familia cenaba pollo a menudo. Después pasó a ratones, conejos y a cadáveres todavía calientes de niños recogidos en la Inclusa de Madrid. Cajal perfeccionó un cóctel químico para teñir los tejidos y fue el primero en contemplar en su microscopio que el sistema nervioso estaba compuesto por células individuales: las neuronas. Durante décadas, las dibujó a mano, clasificándolas por sus enrevesadas formas. Los resultados de este miércoles muestran hasta qué punto la ciencia ha dado un salto exponencial. Un consorcio de cientos de científicos ha empleado tecnologías punta para analizar de manera automatizada más de cuatro millones de células, una a una, revelando de qué tipo son y, por primera vez, dónde están colocadas exactamente. Es el mapa más completo del cerebro de un mamífero.

Rafael Yuste, catedrático de la Universidad de Columbia (Estados Unidos), considera “espectaculares” estos nuevos resultados, que se publican en una decena de estudios en la revista Nature, avanzadilla de la mejor ciencia mundial. “Tener una lista de todas las neuronas se puede considerar como una piedra Rosetta del cerebro”, afirma Yuste, en alusión a la roca grabada que permitió descifrar los jeroglíficos egipcios en el siglo XIX.

Todas las células de un mismo animal comparten un mismo libro de recetas, el ADN, con las instrucciones para fabricar los ladrillos de la vida: las proteínas. Sin embargo, en un individuo hay miles de tipos de células muy diferentes, desde las neuronas del cerebro a los glóbulos rojos de la sangre. La explicación es que cada célula lee unas páginas distintas de ese mismo libro de recetas. La biofísica chinoestadounidense Xiaowei Zhuang, de la Universidad de Harvard, inventó en 2015 una nueva tecnología, bautizada MERFISH, que es capaz de ubicar la posición de cada célula y averiguar qué páginas del ADN se están leyendo en ella. Es la llamada transcriptómica espacial. Yuste defiende que Zhuang merece el Premio Nobel. “Es una de las mejores científicas de nuestra generación”, señala.

El consorcio estadounidense, liderado por la neurocientífica Hongkui Zeng y la propia Xiaowei Zhuang, ha descrito 34 clases y más de 5.300 tipos de células en el cerebro del ratón, un órgano que tiene el tamaño de un guisante. Apenas pesa medio gramo, pero contiene unos 70 millones de neuronas. Sin embargo, su complejidad palidece ante la estructura más sofisticada sobre la faz de la Tierra: el cerebro humano, que posee unos 86.000 millones de neuronas, con billones de conexiones entre ellas.

Hongkui Zeng, directora del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro.Erik Dinnel / Allen Institute

El biólogo español Albert Cardona y su colega croata Marta Zlatic lograron en marzo el primer mapa de un cerebro completo, el de la larva de la mosca de la fruta, una estructura con solo 3.016 neuronas y 548.000 conexiones —también llamadas sinapsis— entre ellas. “El trabajazo que se publica ahora es espectacular: representa un mapa casi completo del cerebro del ratón”, celebra Cardona, del Laboratorio de Biología Molecular de Cambridge (Reino Unido). “Su importancia reside en que el ratón es el animal más estudiado en el laboratorio como modelo del funcionamiento del cerebro humano y sus enfermedades. De ahora en adelante, todos los estudios en ratón y en otras especies, como los monos y nosotros los humanos, podrán hacerse sobre los hombros de este nuevo gigante”, aplaude el biólogo.

La neurocientífica Hongkui Zeng reconoce las dificultades. “No tendremos un mapa del cerebro humano sinapsis a sinapsis en el futuro cercano. Todavía no tenemos una tecnología con precisión nanométrica que pueda escalarse al tamaño del cerebro humano. Y el conjunto de datos sería tan enorme que ahora sería casi imposible de analizar”, explica Zeng, directora del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro, en Seattle.

El físico estadounidense Emerson Pugh, fallecido en 1981, plasmó esta paradoja en una frase redonda: “Si el cerebro humano fuera tan simple que pudiéramos entenderlo, nosotros seríamos tan simples que no lo entenderíamos”. Zeng no es tan pesimista. “Creo que sí podemos entender muchos aspectos del funcionamiento del cerebro humano, como las sensaciones, el movimiento, los diferentes estados emocionales y ciertos grados de inteligencia”, opina la investigadora.

Los nuevos resultados se pueden consultar en una base de datos pública, el Atlas Allen de células del cerebro. Los usuarios pueden buscar tipos específicos de células y su localización exacta. Los autores sostienen que este torrente de datos ayudará a iluminar multitud de trastornos, como el autismo, la esquizofrenia, la esclerosis múltiple, la anorexia nerviosa y la adicción al tabaco.

Representación tridimensional del cerebro de un ratón dividido en secciones.
Representación tridimensional del cerebro de un ratón dividido en secciones.Salk Institute

Santiago Ramón y Cajal empezó en 1891 a incluir flechitas en sus dibujos de las neuronas, para marcar el sentido en el que viajaba la información. Cajal postuló que las células nerviosas reciben los impulsos a través de unas ramificaciones denominadas dendritas y los transmiten mediante una prolongación alargada llamada axón. Había descubierto los ingredientes básicos del pensamiento humano. Su discípulo Rafael Lorente de No articuló más tarde la idea de que el cerebro está organizado en series de neuronas interrelacionadas en circuitos. Los resultados de este miércoles incluyen datos inimaginables hace un siglo. El mapa del ratón muestra qué neuronas tienen la posibilidad de conectarse con otras determinadas: el llamado proyectoma. Revela “cómo viaja y se transforma la información en el cerebro”, en palabras de Cardona.

El neurocientífico español Óscar Marín dirige el Centro de Trastornos del Neurodesarrollo en el King’s College de Londres. También es optimista. “Todavía no tenemos un mapa completo de un cerebro, pero cada vez vemos más cerca esa posibilidad. Y, con el tiempo, también lo conseguiremos en humanos”, vaticina. En 2021, investigadores de la Iniciativa BRAIN publicaron el primer borrador del atlas de células del cerebro del ratón. En octubre de este año, el consorcio adelantó los primeros resultados de estas técnicas con el cerebro humano.

Marín, uno de los pocos científicos españoles en la prestigiosa Royal Society del Reino Unido, advierte de que no bastará con un único atlas. “Aunque consigamos un mapa completo de todos los tipos celulares del cerebro, siempre existirán diferencias entre los individuos de una misma especie. Creo que esas diferencias interindividuales son una parte importante de la biología, aunque pienso que con los mismos métodos descritos en estos trabajos pronto podremos reproducir estos resultados en diferentes individuos”, señala Marín. No existe un único cerebro humano.

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