30/Oct/08

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El cerebro develado

Un nuevo método de obtención de imágenes brinda una espectacular vista de las estructuras nerviosas

Un nuevo método de obtención de imágenes que brinda una vista sin precedentes de las complejas estructuras nerviosas podría ayudar a explicar el funcionamiento del cerebro y arrojar luz sobre las enfermedades neurológicas.

Conexiones de cerebro

Las imágenes de espectro de difusión, desarrollado por el neurocientífico Van Wedeen en Massachusetts General Hospital, analizan los datos de las imágenes por resonancia magnética (MRI) de una nueva manera que permite a los científicos hacer un mapa de las fibras nerviosas que llevan la información entre las células. Estas imágenes, generadas por un cerebro humano vivo, muestran una reconstrucción de todo el cerebro (arriba) y un subconjunto de fibras (abajo). Las fibras rojas en el medio y a la izquierda abajo de ambas imágenes son parte del cuerpo calloso, que conecta las dos mitades del cerebro.

Mapeando la difusión

Las fibras nerviosas en el cerebro son demasiado diminutas para verlas directamente, de modo que los científicos las mapean midiendo la difusión de las moléculas de agua a lo largo de su longitud. Primero, los científicos desarman la imagen MRI en "voxels", o píxeles tridimensionales, y calculan la velocidad a que se mueve el agua a través de cada voxel en cada dirección. Esos datos son aquí representados como gotas con la forma de un maní. De cada forma, los investigadores pueden deducir la trayectoria más probable de varias fibras nerviosas (líneas rojas y azules) que pasan por ese punto.

El resultado es un diagrama detallado como el del tallo cerebral mostrado aquí.

Control de la emoción

Para estudiar circuitos específicos en el cerebro, los científicos pueden aislar un subconjunto de fibras. El circuito mostrado abajo representa el núcleo del sistema límbico humano, que tiene un papel principal en la emoción y la memoria. El grueso manojo verde señalado con el círculo rojo es el haz cingulum, que conecta las diferentes partes de la corteza. Las fibras azules con forma de C a la derecha, denominados fascículos ungulares, conectan el lóbulo temporal -que regula lenguaje y memoria- con el lóbulo frontal -un área involucrada en las funciones ejecutivas más altas y la planificación. El daño en este circuito puede conducir a la incapacidad de formar nuevos recuerdos y a la pérdida del control emotivo.

Un largo camino

El cerebro de un mono de búho es mostrado aquí en niveles crecientes de detalle: el cerebro completo,

un subconjunto de fibras,

y el nervio óptico aislado, que transmite señales visuales desde los ojos hasta la corteza visual. En la imagen del nervio óptico, las líneas azules abajo a la derecha representan las fibras nerviosas que conectan los ojos con el núcleo geniculado lateral (señalado con la bola blanca), una pelota de neuronas del tamaño de una arveja que actúa como estación de relevo para la información visual. Esas señales son entonces enviadas a la corteza visual, en la parte posterior de la cabeza, por medio de las fibras azules y moradas que cruzan en arco el cerebro.

Herramientas interactivas

Las tres herramientas muestran los datos reunidos de maneras diferentes de un voluntario humano vivo. En cada imagen, el cerebro es visto desde atrás en tres cuartos de perfil, con los ojos del voluntario fijos atrás y hacia la derecha.

Vídeo 1.

En esta herramienta interactiva, sólo se muestran en cada fotograma las fibras que intersecan un determinado plano vertical. Al visualizar sólo un subconjunto de las fibras nerviosas densamente apiñadas del cerebro permite estudiar en gran detalle las redes individuales. Los usuarios pueden hacer clic en la flecha en el centro de la imagen para ver una película que mueve el plano a través del cerebro de izquierda a derecha, o pueden moverse a través del cerebro usando el cursor de abajo. Los neurocirujanos a veces usan este tipo de visualización cuando buscan signos de un tumor.

Vídeo 2.

Así como la mayor parte de los caminos en Estados Unidos son calles locales y no carreteras interestatales, la mayor parte de las conexiones en el cerebro son de corto alcance. En esta herramienta interactiva, las fibras son retiradas según su longitud. A medida que el cursor se mueve a la derecha, progresivamente las fibras más largas son quitadas de la visualización.

Las fibras rojas y naranja en el cuadrante inferior izquierdo de la imagen, que empiezan a desaparecer cuando el cursor esté en su punto medio, son parte de las trayectorias de asociación sensorial del cerebro, integrando la información auditiva y visual, por ejemplo. Las últimas fibras que quedan -las fibras azules con forma de C y que corren horizontalmente a través de la mitad de la imagen- son parte del haz cingulum, que corre desde la corteza prefrontal, que está involucrada en la planificación y la función cognitiva más alta, hasta la corteza parietal, que está principalmente involucrada en sintetizar la información sensorial.

Vídeo 3.

Esta visualización empieza con una vista del hemisferio derecho del cerebro, que luego rota en sentido del reloj. Se ve una vista frontal aproximadamente a un quinto del vídeo. Esta imagen muestra sólo un subconjunto de fibras que intersecan un plano vertical en el hemisferio izquierdo del cerebro. Porque la mayor parte de las conexiones en el cerebro son de corto alcance, el hemisferio izquierdo aparece más densamente apiñado que el derecho; pocas fibras viajan desde sus orígenes en el hemisferio izquierdo hacia el derecho.

Nota: Todas las imágenes son de Van Wedeen, Ruopeng Wang, Jeremy Schmahmann, y Guangping Dai del MGH Martinos Center for Biomedical Imaging en Boston, Massachusetts; de Patric Hagmann de EPFL y CHUV, Lausanne, Suiza; y de Jon Kaas de la Vanderbilt University, Nashville, Tennessee.

Fuente: Technology Review. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard