Uno de los objetivos fundamentales de la neurociencia es comprender los mecanismos biológicos responsables de la actividad mental humana. No cabe duda de que el cerebro es el órgano más interesante y enigmático del ser humano, ya que sirve no sólo para gobernar nuestro organismo, sino que también controla nuestra conducta y nos permite comunicarnos con otros seres vivos.
En particular, el estudio de la corteza cerebral constituye el gran reto de la ciencia en los próximos siglos, ya que representa el fundamento de nuestra
humanidad; es decir, la actividad de la corteza cerebral está relacionada con las capacidades que distinguen al hombre de otros mamíferos. Gracias al notable desarrollo y evolución del cerebro somos capaces de realizar tareas tan extraordinarias y sumamente complicadas y humanas como escribir un libro, componer una sinfonía o inventar el ordenador. Ciertamente, la ciencia ha avanzado de un modo espectacular en las últimas décadas, permitiendo el estudio del cerebro desde todos los ángulos posibles - morfológico, molecular, fisiológico y genético- , si bien tan sólo hemos comenzando a desentrañar algunos de los misterios que encierra. Aunque parezca sorprendente, todavía no tenemos respuesta a algunas de las principales preguntas de la neurociencia, por ejemplo: ¿Cuál es el substrato neuronal que hace que las personas sean humanas? ¿Cómo se altera el cerebro y por qué se produce la esquizofrenia, la enfermedad de Alzheimer o la depresión? ¿Cómo integra el cerebro simultáneamente la información procesada en distintas áreas corticales para producir una percepción unificada, continua y coherente?
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Todas estas preguntas fundamentales y otras muchas no tienen todavía respuesta, a pesar de los grandes avances científicos actuales.
El proyecto Blue Brain (Figura 1) representa el primer intento exhaustivo, a escala mundial, de realizar ingeniería inversa del cerebro de los mamíferos, con el objetivo de conocer su funcionamiento y disfunciones mediante simulaciones detalladas.
Uno de los puntos fuertes del presente proyecto es que todos los laboratorios que van a participar están coordinados, de tal forma que el esfuerzo conjunto es canalizado hacia la consecución de un objetivo concreto, mediante la utilización estricta de criterios metodológicos comunes.
Así, los datos generados en un laboratorio podrán ser utilizados de forma efectiva por el resto de los grupos de investigación. |
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| El proyecto Blue Brain representa el primer intento a escala mundial, de realizar ingeniería inversa del cerebro de los mamíferos, con el objetivo de conocer su funcionamiento y disfunciones mediante simulaciones detalladas |
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En definitiva, pretendemos que el proyecto Blue Brain se estructure y funcione como un gran laboratorio multidisciplinar, de tal modo que produzca avances significativos en el conocimiento del funcionamiento normal y disfuncional del cerebro, que sin duda servirán para explorar soluciones a problemas de salud mental y a enfermedades neurológicas intratables actualmente, como la enfermedad de Alzheimer.
Por supuesto, hoy, nuestros conocimientos sobre el sistema nervioso, en general, y del cerebro, en particular, son el resultado del trabajo colectivo de un buen número de científicos, si bien, las investigaciones de Santiago Ramón y Cajal contribuyeron decisivamente en la creación de la atmósfera científica necesaria para el nacimiento de la neurociencia moderna.
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De hecho, la entrada en escena de Cajal en el mundo de la neurociencia provocó un cambio radical en el curso de la historia de esta disciplina.
A diferencia de otros grandes investigadores, Cajal no hizo un sólo gran descubrimiento, sino que realizó numerosas e importantes contribuciones al conocimiento de la estructura y función del sistema nervioso y de la microanatomía de la corteza cerebral en particular.
Por estos motivos, la participación de España en este proyecto se concreta en el denominado Cajal Blue Brain, en honor a Cajal, en el que participan también varios grupos de investigación pertenecientes a diversas instituciones públicas. La participación española se encuadra en dos ejes principales:
- La microorganización anatómica y funcional de la columna cortical. Esta parte del proyecto, liderada por el investigador del CSIC Javier de Felipe, analizará la anatomía y el funcionamiento de la columna cortical, la unidad básica de funcionamiento de la corteza cerebral en mamíferos (Figura 2).
Para ello, el equipo que dirige DeFelipe se servirá principalmente de técnicas de microscopia electrónica que, hasta el momento, no se habían utilizado en el análisis de células cerebrales. |
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| las investigaciones de Ramón y Cajal contribuyeron decisivamente en la creación de la atmósfera científica necesaria para el nacimiento de la neurociencia moderna |
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-El desarrollo de tecnología biomédica. El profesor de la Universidad Politécnica de Madrid José María Peña dirige este eje del proyecto, centrado en el desarrollo de aplicaciones tecnológicas, fundamentalmente informáticas. Realizarán análisis de datos, además de optimizar y desarrollar nuevos programas informáticos para conseguir que los modelos de Blue Brain puedan visualizarse. Estos desarrollos tecnológicos pueden, en un futuro, ser de utilidad en otras disciplinas.
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Un aspecto muy importante y que representa uno de los principales obstáculos para analizar los circuitos corticales es que el intercambio de información interneuronal tiene lugar principalmente a través de unas estructuras microscópicas (menores de 1 milésima de milímetro) altamente especializadas denominadas sinapsis.
De este modo, es necesario utilizar microscopios electrónicos y secciones de tejido muy finas (40-50 nanómetros) que permitan que los electrones del microscopio atraviesen la muestra y visualizar su ultraestructura con la idea de obtener el conectoma o mapa detallado de las conexiones sinápticas corticales, y para reconstruir todos los componentes que conforman los circuitos corticales.
El problema es la extraordinaria complejidad de la corteza cerebral. A modo de ejemplo, se ha estimado que en 1 mm3 de volumen de corteza cerebral de ratón existen aproximadamente 90.000 neuronas (Figura 3) que generan 300 m de dendritas y 3 km de axones.
Así, es necesario obtener muchas secciones seriadas lo que representa un problema técnico de primera magnitud ya que requiere unas habilidades técnicas especiales (reconstrucciones manuales) y la dedicación de mucho tiempo (meses e incluso años de trabajo). |
Además, en el mejor de los casos, la seriación a nivel de microscopía electrónica está limitada a unos cientos de cortes seriados. Por ejemplo, la obtención de 500 secciones seriadas se considera un verdadero record. Por estos motivos, para el desarrollo del proyecto contamos con la adquisición de diversas herramientas, entre las que destaca un nuevo microscopio denominado
FIB/SEM (
Figura 4) para realizar reconstrucciones seriadas a nivel ultraestructural de forma automática (
Figura 5). Con esta herramienta se pueden obtener miles de secciones seriadas en tan solo unos días. Los resultados obtenidos en nuestro laboratorio son tan espectaculares que este nuevo método va a representar sin duda una auténtica revolución en el análisis tridimensional de los circuitos neuronales. De este modo, nos proponemos que en los próximos años nuestro conocimiento sobre la estructura y función del cerebro sea mucho mayor que el actual; conoceremos mucho mejor algunos aspectos fundamentales del cerebro, como por ejemplo, las alteraciones que producen algunas enfermedades en él, cómo se forma, desarrolla y envejece, o los mecanismos por los cuales aprendemos y mejoramos nuestras capacidades intelectuales.
