Mapeo cerebral

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El mapeo cerebral es un conjunto de técnicas de neurociencia basadas en el mapeo de cantidades o propiedades (biológicas) en representaciones espaciales del cerebro (humano o no humano) que dan como resultado mapas.

Según la definición establecida en 2013 por Society for Brain Mapping and Therapeutics (SBMT), el mapeo cerebral se define específicamente, en resumen, como el estudio de la anatomía y función del cerebro y la médula espinal mediante el uso de imágenes, inmunohistoquímica, molecular & optogenética, células madre y biología celular, ingeniería, neurofisiología y nanotecnología.

Visión general

Todas las neuroimágenes se consideran parte del mapeo cerebral. El mapeo cerebral se puede concebir como una forma superior de neuroimagen, que produce imágenes cerebrales complementadas con el resultado de procesamiento o análisis de datos adicionales (con o sin imágenes), como mapas que proyectan (medidas de) comportamiento en regiones del cerebro (ver fMRI). Uno de esos mapas, llamado conectograma, representa regiones corticales alrededor de un círculo, organizadas por lóbulos. Los círculos concéntricos dentro del anillo representan varias medidas neurológicas comunes, como el espesor cortical o la curvatura. En el centro de los círculos, las líneas que representan las fibras de materia blanca ilustran las conexiones entre las regiones corticales, ponderadas por la anisotropía fraccionaria y la fuerza de la conexión.En resoluciones más altas, los mapas cerebrales se denominan conectomas. Estos mapas incorporan conexiones neuronales individuales en el cerebro y, a menudo, se presentan como diagramas de cableado.

Las técnicas de mapeo cerebral están en constante evolución y se basan en el desarrollo y perfeccionamiento de las técnicas de adquisición, representación, análisis, visualización e interpretación de imágenes. Las neuroimágenes funcionales y estructurales están en el centro del aspecto de mapeo del mapeo cerebral.

Algunos científicos han criticado las afirmaciones basadas en imágenes cerebrales hechas en revistas científicas y la prensa popular, como el descubrimiento de "la parte del cerebro responsable" de cosas como el amor o las habilidades musicales o una memoria específica. Muchas técnicas de mapeo tienen una resolución relativamente baja, incluidos cientos de miles de neuronas en un solo vóxel. Muchas funciones también involucran múltiples partes del cerebro, lo que significa que este tipo de afirmación probablemente no sea verificable con el equipo utilizado y, en general, se base en una suposición incorrecta sobre cómo se dividen las funciones cerebrales. Puede ser que la mayoría de las funciones cerebrales solo se describan correctamente después de medirlas con mediciones mucho más detalladas que no miren grandes regiones sino una gran cantidad de diminutos circuitos cerebrales individuales. Muchos de estos estudios también tienen problemas técnicos, como un tamaño de muestra pequeño o una mala calibración del equipo, lo que significa que no se pueden reproducir, consideraciones que a veces se ignoran para producir un artículo periodístico sensacional o un titular de noticia. En algunos casos, las técnicas de mapeo cerebral se utilizan con fines comerciales, detección de mentiras o diagnóstico médico en formas que no han sido validadas científicamente.

Historia

A fines de la década de 1980 en los Estados Unidos, se encargó al Instituto de Medicina de la Academia Nacional de Ciencias que estableciera un panel para investigar el valor de integrar información neurocientífica a través de una variedad de técnicas.

De interés específico es el uso de resonancia magnética estructural y funcional (fMRI), resonancia magnética de difusión (dMRI), magnetoencefalografía (MEG), electroencefalografía (EEG), tomografía por emisión de positrones (PET), espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS) y otros métodos no invasivos. técnicas de escaneo para mapear anatomía, fisiología, perfusión, función y fenotipos del cerebro humano. Tanto los cerebros sanos como los enfermos pueden mapearse para estudiar la memoria, el aprendizaje, el envejecimiento y los efectos de las drogas en diversas poblaciones, como las personas con esquizofrenia, autismo y depresión clínica. Esto condujo al establecimiento del Proyecto Cerebro Humano. También puede ser crucial para comprender las lesiones cerebrales traumáticas (como en el caso de Phineas Gage) y mejorar el tratamiento de las lesiones cerebrales.

Después de una serie de reuniones, evolucionó el Consorcio Internacional para Mapeo Cerebral (ICBM). El objetivo final es desarrollar atlas cerebrales computacionales flexibles.

Logros

El sitio web interactivo y de ciencia ciudadana Eyewire mapea las células de la retina de los ratones y se lanzó en 2012. En 2021, una empresa de TI de EE. UU. publicó el mapa 3D más completo del cerebro humano. Muestra las neuronas y sus conexiones junto con los vasos sanguíneos y otros componentes de una millonésima parte de un cerebro. Para el mapa, el fragmento de 1 mm³ de tamaño se cortó en pedazos de más de 5 000 nanómetros de espesor que se escanearon con un microscopio electrónico. El mapa interactivo requirió 1,4 petabytes de espacio de almacenamiento. Aproximadamente dos meses después, los científicos informaron que crearon el primer mapa 3D completo con resolución de nivel de neurona de un cerebro de mono que escanearon a través de un nuevo método en 100 horas. Pusieron a disposición del público solo una fracción del mapa 3D, ya que el mapa completo ocupa más de 1 petabyte de espacio de almacenamiento, incluso cuando está comprimido.

En 2021, se informó el primer conectoma que muestra cómo cambia el cerebro de un animal a lo largo de su vida. Los científicos mapearon y compararon los cerebros completos de ocho gusanos isogénicos C. elegans, cada uno en una etapa diferente de desarrollo. A finales de este año, los científicos combinaron microscopía electrónica e imágenes de arco cerebral para mostrar por primera vez el desarrollo de un circuito neuronal de mamífero. Informaron los diagramas de cableado completos entre el SNC y los músculos de diez ratones individuales.

En agosto de 2021, los científicos del programa MICrONS, lanzado en 2016, publicaron un conjunto de datos de conectómica funcional que "contiene imágenes de calcio de aproximadamente 75 000 neuronas de la corteza visual primaria (VISp) y tres áreas visuales superiores (VISrl, VISal y VISlm), que fueron grabados mientras un ratón veía películas naturales y estímulos paramétricos". Con base en estos datos, también publicaron "visualizaciones interactivas de datos anatómicos y funcionales que abarcan las 6 capas de la corteza visual primaria del ratón y las 3 áreas visuales superiores (LM, AL, RL) dentro de un volumen de milímetro cúbico": MICrONS Explorer.

En octubre de 2021, la Red de Censos Celulares de la Iniciativa BRAIN (BICCN) concluyó la primera fase de un proyecto a largo plazo para generar un atlas de todo el cerebro del ratón (mamífero) con 17 estudios, incluido un atlas y un censo de tipos de células en el cerebro primario. corteza motora.

Herramientas Atlas actuales

Definición completa de SBMT

El mapeo cerebral es el estudio de la anatomía y la función del cerebro y la médula espinal mediante el uso de imágenes (incluidas imágenes intraoperatorias, microscópicas, endoscópicas y multimodales), inmunohistoquímica, molecular y optogenética, células madre y biología celular, ingeniería (material, eléctrica y biomédica), neurofisiología y nanotecnología.