El proceso de maduración del cerebro humano es similar al desarrollo de Internet: el cerebro pasa de un estadio de centros aislados, con malas conexiones con otros centros, a convertirse en una red completamente integrada. Esto es lo que revela un estudio reciente realizado por investigadores de la EPFL de Suiza, en el que se elaboraron los mapas de las conexiones neuronales de personas de entre dos y 18 años. Para el desarrollo de esta cartografía se creó un programa informático especial que ayudará a comprender mejor la esquizofrenia y la epilepsia, entre otras aplicaciones.
El cerebro de un niño muy pequeño funciona como Internet en sus inicios, y el de un adolescente como una compleja y moderna red de fibra óptica.
Esto es lo que ha revelado un estudio sobre la sustancia blanca del cerebro, realizado por científicos de la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) y de la Universidad de de Lausanne (UNIL), en Suiza, en colaboración con investigadores de la Escuela Médica de Harvard y de la Universidad de Indiana, en Estados Unidos.
Técnica aplicada
Los científicos afirman que el cerebro humano se encuentra en constante evolución. A lo largo de toda nuestra vida, las redes de fibras neuronales que conectan entre sí las diversas áreas del cerebro no dejan de aumentar en número y eficacia.
Según publica la EPFL en un comunicado, gracias a una tecnología puntera, los investigadores pudieron observar estas redes de fibras neuronales y su desarrollo, mediante la comparación de cerebros de personas de distintas edades.
La finalidad de la investigación era comprender mejor el proceso de maduración del cerebro humano, desde la más tierna infancia hasta el final de la adolescencia.
La técnica empleada, no invasiva, fue una técnica denominada tractografía de IRM, explican los científicos en la revista PNAS. Esta técnica aplica la IRM (tecnología de registro de imágenes por resonancia magnética) y analiza, con un programa informático, las imágenes registradas.
Con la tactrografía se observa, en concreto, la simetría de la difusión del agua en el cerebro: los haces de tractos de fibras hacen que el agua se difunda asimétricamente en el cerebro. Esta asimetría, denominada anisotropía, permite calcular el número de fibras en cualquier región cerebral, dado que existe una relación directa entre la cantidad de fibras y el número de anisotropía (asimetría del agua).
Novedoso programa informático
Los científicos desarrollaron el programa informático aplicado en la tractografía de IRM del presente estudio. Este software permitió realizar la cartografía de la conectividad neuronal del cerebro de los individuos estudiados.
Según explica al respecto del programa informático creado Jean-Philippe Thiran people.epfl.ch/jean-philippe.thiran, profesor de la EPFL y director del Laboratorio de tratamiento de señales de dicha escuela: “nuestro software combina una serie de procesos: empieza con la IRM individual y culmina con la creación de un mapa personalizado de las redes de fibra que se encuentran en el cerebro”.
Para el desarrollo y utilización del sistema completo ha sido necesario todo un equipo de matemáticos, físicos, y médicos. Los resultados obtenidos demuestran que la tecnología empleada podría hacer progresar las investigaciones sobre algunos trastornos neuronales, como la epilepsia o la esquizofrenia.
Hallazgos realizados
Con las imágenes y mapas de los cerebros obtenidas por los investigadores en el presente estudio, se pudo establecer que el cerebro de un niño pequeño se parece a Internet en sus inicios, con centros aislados o mal conectados, mediante conexiones poco eficaces.
Por el contrario, el cerebro adulto, afirman los científicos, podría ser comparado con una moderna red de fibra óptica, completamente integrada.
El equipo de investigadores partió para su estudio de la hipótesis de que la sustancia blanca del cerebro, formada por los haces de neuronas que conectan las diferentes partes de éste, madura por la transformación de las conexiones frágiles neuronales en potentes “autopistas”.
Para probar esta idea, los científicos realizaron la cartografía de una treintena de personas de entre dos y 18 años de edad. Gracias a la IRM, pudieron observar el modo en que el agua se distribuía por el cerebro y, a partir de sus asimetrías (anisotropía), establecer la correspondiente densidad de las fibras neuronales de cada región cerebral.
Thiran y su colaborador, Patrick Hagmann, profesor del departamento de radiología de la UNIL, crearon una base de datos de diversas secciones transversales de las fibras neuronales y representaron sus resultados en gráficos. A partir de ellos, elaboraron después un modelo tridimensional de cada cerebro, en el que se muestran los miles de fibras que conectan las diferentes partes.
Difusión gratuita del software
Estos modelos individuales de los cerebros han dado una idea no sólo de la forma en que se desarrolla el cerebro, sino también de las diferencias estructurales existentes, por ejemplo, entre los cerebros de las personas diestras y zurdas.
Por otro lado, los científicos explican que pretenden aplicar el método al estudio de la esquizofrenia y de la epilepsia.
Por último, el sistema podría ayudar en un futuro a los neurocirujanos a conocer con mayor precisión el lugar donde deben operar para aliviar los síntomas de la epilepsia, así como establecer qué áreas es mejor evitar en el momento de la operación.
Jean-Philippe Thiran y Patrick Hagmann esperan poder poner a disposición de los hospitales del mundo el programa informático desarrollado, con libre acceso y de forma completamente gratuita, a principios del año próximo.
