Un equipo de neurocientíficos ha trazado el mapa más complejo y preciso de la corteza cerebral humana que se haya realizado hasta ahora y ha revelado casi 100 regiones nuevas. Estos hallazgos proporcionan una mayor comprensión y también representan un avance para el estudio de los trastornos del cerebro como el autismo, la esquizofrenia, la demencia y la epilepsia.
El mapa, designado Parcelación Multimodal del Proyecto del Conectoma Humano versión 1.0 (HCP-MMP1.0, por sus siglas en inglés), divide cada hemisferio del cerebro en 180 regiones corticales diferentes; de éstas, 97 nunca se habían descrito antes.
El estudio fue publicado en versión electrónica el 20 de julio en Nature.
El equipo, dirigido por Matthew Glasser, PhD, y David Van Essen, PhD, de la Escuela de Medicina de la Universidad Washington en St. Louis, Missouri, creó el mapa utilizando datos de imágenes de 210 adultos jóvenes sanos del Proyecto del Conectoma Humano.
Combinaron varias técnicas de mapeo cerebral que previamente sólo se han utilizado por separado, es decir, imágenes de resonancia magnética funcional (RMf) basada en tareas, la cual genera información sobre las funciones de diferentes regiones; RMf en estado de reposo, que detalla la conectividad neural en diferentes regiones y entre ellas; y la densidad relativa de la sustancia que reviste las neuronas, mielina, lo que proporciona datos en torno a la estructura cortical.
"Utilizamos múltiples medidas de la organización de la corteza cerebral", dijo Glasser a Medscape Noticias Médicas. "Analizamos arquitectura microestructural, función, conectividad y mapas topográficos. Nos enfocamos en los lugares en los que estos mapas cambiaban en múltiples medidas independientes, lo que nos brinda más confianza en los límites entre estas regiones", explicó.
Enseguida, los investigadores programaron una máquina para aprender un algoritmo que permitiera reconocer cada región cortical con base en su "huella dactilar" multimodal; es decir, su patrón de estructura, función, conectividad y mapas topográficos, dijo el Dr. Glasser.
Pese a la variabilidad individual, este algoritmo reveló con éxito estas regiones en un grupo independiente de 210 participantes en el estudio, que no formaron parte de la parcelación original o de la programación del algoritmo.
Primera aplicación
El Dr. Glasser dijo que la primera aplicación será para la investigación mediante imágenes cerebrales. El mapa ayudará a los investigadores a saber dónde están en la corteza cerebral cuando realicen un estudio.
"Esto les facilitará comparar con un estudio diferente de un colega, para ver si identificaron activada la misma región cerebral, si se activaron regiones cerebrales circunvecinas o si las activaciones estuvieron más lejanas", dijo.
En el pasado, no siempre resultaba claro si los resultados de dos estudios mediante neuroimágenes se relacionaban o no con la misma región. Al utilizar el nuevo mapa y algoritmo de alineación, los resultados de estudios diferentes se pueden comparar con más precisión, explicó.
Los mapas cerebrales individualizados también pueden ayudar a los neurocirujanos a evitar dañar regiones importantes del cerebro, como las que controlan el movimiento o el lenguaje, dijo el Dr. Glasser.
"Pudimos persuadir a Nature para que publicara en internet casi 200 páginas adicionales de información detallada sobre cada una de las 180 regiones, así como los algoritmos que utilizamos para alinear los cerebros y crear el mapa", comentó el Dr. Van Essen en un comunicado de prensa. "Consideramos que será muy útil para la comunidad científica cuando puedan sumergirse y obtener estos mapas en las pantallas de sus computadoras y explorar en qué grado se ajustan".
Trampolín para el descubrimiento
"Estos nuevos conocimientos e instrumentos ayudarán a explicar cómo evolucionó nuestra corteza y las funciones de sus regiones especializadas en estados de salud y enfermedad, y tarde o temprano podrían ser prometedores para lograr una precisión sin precedente en las intervenciones quirúrgicas del cerebro y en las valoraciones clínicas", dijo en una declaración Bruce Cuthberth, PhD, director en funciones del National Institute of Mental Health, que financió en forma conjunta la investigación como parte del Proyecto del Conectoma Humano.
"Un mapa autorizado de los módulos que constituyen la corteza cerebral del cerebro humano promete actuar como un trampolín para una mayor comprensión de la función y las enfermedades del cerebro", señala B. T. Thomas Yeo, PhD, de la Universidad Nacional de Singapur, y Simon Eickhoff, PhD, de la Universidad Heinrich-Heine, en Duseldorf, Alemania, en un editorial complementario.
"Este avance por tanto tiempo esperado proporciona un atlas de referencia que permitirá a quienes investigan la estructura, la función y la conectividad del cerebro colaborar dentro de un modelo de neurociencia y sistemas común.
"Ahora depende de los investigadores utilizar el modelo anatómico proporcionado, compararlo con enfoques alternativos para el mapeo del cerebro humano y poblar las regiones definidas con información funcional y relacionada con las enfermedades", señalan. "Al hacerlo, podremos comenzar a integrar datos multimodales que permitan comprender cómo diferencias individuales en la organización del cerebro pueden explicar diferencias en función, conducta y trastorno".
El Dr. Yeo y el Dr. Eickhoff señalan, sin embargo, que la validación de este algoritmo por los autores se enfocó sólo en una porción pequeña de la corteza, de manera que es decisiva la investigación adicional.
"No obstante, su trabajo representa un paso importante hacia el descubrimiento de ‘biomarcadores’ específicos de disfunción del cerebro en el individuo, ya que medidas de cada región específicas del individuo, como el volumen de la sustancia gris o la fuerza de conexión con otras regiones, se pueden ahora calcular y podrían ser muy predictivas de diferencias individuales en la conducta o en la enfermedad", señalan en su comentario editorial.