Un nuevo método desarrollado en la Universidad Hebrea revela detalles de las conexiones nerviosas en el cerebro.
El cerebro humano es un zumbido constante de actividad, con sus 86 mil millones de células nerviosas (neuronas) que envían señales eléctricas de una región del cerebro a otra. Las señales viajan a lo largo de las fibras de materia blanca, un laberinto de fibras en forma de alambre, dando lugar en última instancia a todas las funciones cerebrales. Descubrir estas autopistas en forma de cable entre las neuronas ha sido un desafío de larga data para la neurociencia. Los métodos existentes para mapear estos circuitos neuronales a nivel celular se limitan a estudios en animales o requieren equipos altamente especializados para la adquisición y el procesamiento de datos.
Recientemente, un enfoque novedoso para mapear y visualizar estas fibras nerviosas fue desarrollado por el profesor Aviv Mezer y el Dr. Roey Schurr, neurocientíficos del Centro Edmond y Lily Safra para Ciencias del Cerebro (ELSC) de la Universidad Hebrea de Jerusalem.
Utilizaron una técnica que ha existido durante casi 140 años, pero nunca se utilizó para estudiar la arquitectura de fibra de la materia blanca del cerebro. Sus hallazgos fueron publicados hoy en la prestigiosa revista Science.
Las neuronas mismas se han estudiado durante mucho tiempo utilizando la mancha púrpura de Nissl, una mancha inventada por el estudiante de medicina alemán Franz Nissl en la década de 1880. Su uso en la tinción de neuronas ha revolucionado nuestra comprensión de la corteza, la capa gris externa del cerebro. Sin embargo, el equipo de la Universidad Hebrea es el primero en usar rebanadas de cerebro teñidas de Nissl para revelar vías de fibra en la materia blanca.
La materia blanca se compone principalmente de fibras nerviosas y un grupo de células conocidas como glía. Estas células gliales, hasta hace muy poco, eran ignoradas en gran medida y se pensaba que eran rellenos espaciales bastante poco importantes en el cerebro; de hecho, su nombre “glia” proviene del griego antiguo, que significa “pegamento”. Cuando Schurr se unió al laboratorio de Mezer como estudiante de doctorado, decidió observar algunas imágenes del tejido cerebral teñido de Nissl. “Era solo curiosidad”, recordó Schurr, “los libros de texto están llenos de ilustraciones, pero quería entender cómo era realmente la materia blanca del cerebro”. Para sorpresa de Schurr, notó que las células gliales formaban un patrón de filas cortas. Además, las filas gliales parecían alinearse con las fibras nerviosas locales. “Hicimos una revisión exhaustiva de la literatura y encontramos un artículo de 1992 que ya describía esta organización de células gliales”, compartió Schurr, “pero este hallazgo no recibió la atención que merecía en nuestro campo”.
Otras investigaciones se hicieron cargo, pero recientemente Schurr volvió a la observación inusual que había hecho. Los investigadores se dieron cuenta de que, mediante el uso de herramientas computacionales simples del campo del procesamiento de imágenes, podían capitalizar la organización celular modelada para descubrir la arquitectura de la materia blanca. “Me sorprendió cuando aplicamos por primera vez esta técnica a una porción del cerebro teñida de Nissl”, dijo el profesor Mezer. “En las imágenes teñidas de Nissl, la materia blanca tiene una apariencia homogénea débil. La aplicación de algunas herramientas computacionales de repente sacó a relucir un mapa colorido que representa la fina arquitectura de las fibras de materia blanca, que estuvo oculta allí todo el tiempo. Inmediatamente lo reconocimos como una pieza importante del rompecabezas que los científicos han estado buscando en el estudio de la materia blanca”.
Esta técnica, denominada por los investigadores de la Universidad Hebrea como el Nissl-ST (“Tensor de estructura basado en Nissl”), se puede aplicar a la materia blanca en cualquier corte de cerebro que haya sufrido tinción de Nissl. Dado que la tinción de Nissl es la mancha más común utilizada en la ciencia del cerebro, hay mucho de ella que se puede encontrar en todo el mundo, incluidos conjuntos de datos digitalizados y atlas de código abierto de cortes de cerebro teñidos de alta resolución.
“La aplicación de Nissl-ST”, concluyó Mezer, “tiene un gran potencial para futuros estudios de la materia blanca en el desarrollo normal del cerebro, el envejecimiento y los estados patológicos que afectan a la materia blanca, como la neurodegeneración y la esquizofrenia”.
El Centro Edmond y Lily Safra de Ciencias del Cerebro (ELSC) de la Universidad Hebrea de Jerusalem está revolucionando la investigación en neurociencia. ELSC tiene como objetivo desarrollar una interfaz próspera entre la teoría y los experimentos en todos los niveles: neurociencia cognitiva, biológica y computacional, allanando el camino hacia el descubrimiento innovador en la investigación del cerebro.
CITATION: Roey Schurr, Aviv A. Mezer, The glial framework reveals white-matter fiber architecture in human and primate brains. Science (2021).
http://science.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.abj7690
FUNDING: Israel Science Foundation, Jerusalem Brain Community.
