Los mapas permiten conocer el territorio. También facilitan el reconocimiento de infraestructuras y puntos claves que son útiles para la vida cotidiana. Esencialmente, esta es la idea que persigue el mapa del cerebro: conocer la composición celular de las diferentes áreas, averiguar cuál es su función y saber por qué se comportan de una manera y no de otra. 

Texto: MJ Prieto

En 2023 la revista Science publicó una serie de artículos sobre el retrato de familia de las neuronas. Los trabajos partieron de la Brain Initiative Cell Census Network (BICCN), un proyecto lanzado en 2017 por los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. (NIH). Los datos obtenidos fueron muy reveladores porque venían a confirmar algunos aspectos que ya se conocían sobre el funcionamiento del cerebro, pero sobre los que no había un consenso científico.

Javier DeFelipe, profesor de Investigación del CSIC y director del Laboratorio Cajal de Circuitos Corticales UPM/CSIC, es uno de los neurocientíficos españoles que mejor conocen el cerebro. «Hay 100  000 millones de neuronas, que tienen una gran diversidad funcional, morfológica, genética, química, etc. La existencia de una clasificación es fundamental para la comunicación entre científicos. El cerebro alberga células que comparten estructuras, morfologías o neurotransmisores. Por ejemplo, el GABA, un tipo de neurotransmisor, se encuentra en diversos tipos morfológicos y funcionales de neuronas, lo que genera una enorme variabilidad. En definitiva, y desde el punto de vista práctico, el mapa sirve como herramienta para que los científicos comprendan cómo clasificamos las células y a qué nos referimos cuando las mencionamos», explica.

Este macroproyecto, que involucra a cientos de investigadores, proporcionará una referencia completa de los diversos tipos de células del cerebro humano, del ratón y de los primates. Una red integrada por centros y laboratorios, entre los que se incluyen centros de generación de datos U01, RF1 y U19, archivos R24 y un Centro de Datos de Células Cerebrales (BCDC) U24, trabaja de manera colaborativa para generar, mapear y compartir estos datos con la comunidad científica.

Juan Lerma, director del grupo de Fisiología Sináptica del Instituto de Neurociencias de Alicante, ha conseguido una gran repercusión en el ámbito internacional por su trabajo sobre los mecanismos que gobiernan la comunicación neuronal. Sus investigaciones acerca de los procesos de la neurotransmisión han abierto nuevos caminos en la neurociencia moderna.«Este mapa tiene dos ventajas. La primera es que se analiza el cerebro humano en desarrollo. Conviene señalar que obtener cerebros de humanos en buenas condiciones para este tipo de estudios no es fácil. El material se ha conseguido a través de procesos supervisados por comités de ética y, por tanto, es de buena calidad. La segunda ventaja es que se emplean técnicas de transcriptómica de última generación, lo que permite cartografiar desde el punto de vista molecular neurona a neurona para saber cuáles son las características propias de cada una de ellas. El mapa ha puesto de manifiesto aspectos muy novedosos, pero también ha confirmado otros muchos que ya se conocían, lo que demuestra que el conocimiento era sólido», señala.

Otra de las cualidades del mapeo es que aportará una cantidad ingente de datos que«serán analizados por diferentes grupos de investigadores, es decir, será información que podrá revisar toda la comunidad científica. La cartografía cerebral ha abierto un campo de análisis que va a seguir creciendo», apunta el investigador del Instituto de Neurociencias de Alicante.

Por cien genes no somos chimpancés

Una de las revelaciones del proyecto es que las diferencias entre el cerebro de los primates y el de los humanos son prácticamente mínimas, salvo a nivel molecular y en muy pequeñas variaciones. El artículo de Science3 firmado por Nikolas Jorstad, del Instituto Allen, junto a otros investigadores, analiza los genes de las células que componen el giro temporal medio, una región clave para la comprensión del lenguaje en humanos, chimpancés, gorilas, macacos y monos tití.

La trascendencia de este estudio revela que los primates conservan los mismos tipos de células desde su aparición como especie y que tan solo unas pocas son distintas en los humanos.

«Cuando se compara a primates de distintas especies, incluido el humano, te preguntas ¿cuáles son los genes que otorgan la capacidad de conciencia, de análisis, de predicción? En fin, ¿qué es lo que nos hace humanos? Y la conclusión es que solo nos separan de los primates no-humanos poco más de cien diferencias moleculares y celulares», admite Lerma.

Uno de los aspectos más complejos de la neurociencia es tratar de comprender cómo se especializa cada área del cerebro. «Desde los descubrimientos de Ramón y Cajal ya se sabe que la composición celular varía en las distintas zonas cerebrales. La citoarquitectura demuestra que, aunque hay células comunes en cada área, unas abundan más que otras», señala Javier DeFelipe. Se puede decir que, en el cerebro, la cantidad importa.

La Edad de Piedra del conocimiento cerebral

La cartografía es necesaria para comprender no solo cómo funciona un cerebro en condiciones normales, sino también cómo sus alteraciones dan lugar a enfermedades cerebrales devastadoras como la ELA o el alzhéimer. Hasta la fecha se han catalogado más de 3000 tipos de células humanas, caracterizadas una a una por su expresión genética, morfología y otros rasgos. Las neuronas ya mapeadas permitirán identificar cuáles son más propensas a mutaciones específicas que causan enfermedades neurológicas.

Entre los principales retos de la neurociencia está saber cómo puede desencadenarse una enfermedad mental.«Estamos en la Edad de Piedra del conocimiento del cerebro. Hay otros campos, como el cáncer, que están muy avanzados, pero el estudio del sistema nervioso va muy por detrás. Y esto no es comprensible porque somos lo que es nuestro cerebro. Si la máquina que pone en marcha toda nuestra existencia está alterada, no podremos relacionarnos con el entorno, de ahí la importancia de entender su funcionamiento. Hoy por hoy, el cerebro continúa siendo un gran misterio», apunta Juan Lerma, autor –junto al biólogo José Luis Rozas– del libro El cerebro y las enfermedades del alma4, en el que se acercan a las dolencias mentales que destruyen la propia esencia de la persona.

La enfermedad mental: un enigma para la neurociencia

La Organización Mundial de la Salud estima que en el año 2030 los problemas de salud mental serán la principal causa de discapacidad en el mundo. Aunque se están logrando avances, las enfermedades mentales son uno de los grandes enigmas de la neurociencia.«Todavía desconocemos cómo se originan patologías como la depresión. Se sabe que hay depresiones exógenas, derivadas de una causa externa, como una tragedia personal, que desaparecen cuando se asimila la causa que las originó, y endógenas, que surgen sin un motivo aparente. Se sabe vagamente que los mecanismos cerebrales que llevan a la depresión están relacionados con la neurotransmisión, pero no sabemos por qué. En mi opinión, el desequilibrio en los circuitos cerebrales hace que el cerebro no produzca los estímulos que tiene que producir. Tampoco entendemos bien por qué funcionan los antidepresivos pero sí hacen que los pacientes mejoren. La salud mental es un campo tremendo que hay que abordar y entender», admite Juan Lerma.

Para Javier DeFelipe, «una de las claves es saber cómo se especializa cada área del cerebro. Por ejemplo, si enfermedades como el párkinson o alzhéimer empiezan en una determinada zona, habría que averiguar por qué hay células que tienen más afectación que otras». Las variaciones genéticas tienen efectos sobre la probabilidad de desarrollar patologías.«En el caso del autismo se cree que pueden estar involucrados unos 400 genes. Al tratarse de un espectro, hay un abanico de síntomas muy amplio. Por ejemplo, hay casos que acusan un retraso mental y otros que no, de ahí que en el cerebro la mayor o menor expresión de un gen es importante y ese hecho puede desencadenar el desequilibrio», aclara Juan Lerma.

Conclusiones

El mapa es un instrumento fundamental para desentrañar la complejidad del funcionamiento cerebral. Juan Lerma destaca que «la cartografía viene a indicarnos que hay más tipos celulares de los que se pensaban. Por ejemplo, ya sabíamos desde hace tiempo que hay neuronas inhibitorias y neuronas excitatorias. Eso se sigue manteniendo, pero se demuestra que hay una gran variedad dentro de estos dos tipos de células; además, que la diversidad molecular es más grande de lo que se esperaba y esto se traduce en que la diversidad funcional es también mayor». 

El uso de la tecnología para el procesamiento en tiempo real de grandes volúmenes de datos neuronales es crucial. «Tenemos tecnologías increíbles capaces de hacer estudios a nivel nanoscópico y sináptico que aportan una precisión antes impensable. En ese aspecto, la neurociencia está avanzando rápido y en los próximos años obtendremos datos muy detallados y reveladores», señala DeFelipe.