Los modelos informáticos podrían ser el siguiente paso en la descodificación del cerebro
Por Mary Brophy Marcus
16 de septiembre de 2022 - Durante todo el día, tus células cerebrales envían y reciben mensajes a través de señales eléctricas y químicas. Estos mensajes te ayudan a hacer cosas como mover los músculos y utilizar tus sentidos, como saborear la comida, sentir el calor que desprende una estufa o leer las palabras de esta página.
Si pudiéramos entender mejor cómo se envían y reciben esos mensajes, obtendríamos una poderosa visión de la conexión cerebro-cuerpo y aclararíamos lo que ocurre cuando esas conexiones no funcionan, como ocurre con enfermedades cerebrales como el Alzheimer y el Parkinson.
Para ello, los neurocientíficos del Cedars-Sinai de Los Ángeles han construido modelos informáticos de células cerebrales individuales, los modelos más complejos hasta la fecha, dicen. Utilizando computación de alto rendimiento e inteligencia artificial, o AI, los modelos, como se describe en la revista Cell Reports, capturan la forma, el tiempo y la velocidad de las señales eléctricas que disparan las células cerebrales llamadas neuronas.
La nueva investigación forma parte de una búsqueda de décadas entre los científicos para comprender el funcionamiento interno del cerebro, no sólo desde el punto de vista cognitivo, sino también biológico, genético y eléctrico.
Los primeros investigadores más famosos fueron Alan Lloyd Hodgkin, Andrew Fielding Huxley y John Carew Eccles, que ganaron el Premio Nobel de Medicina en 1963 por sus descubrimientos sobre las membranas de las células nerviosas.
"Hoy es un momento único en el que se dispone de conjuntos de datos detallados de una sola neurona en grandes cantidades y para muchas células", dice el autor del estudio, el doctor Costas Anastassiou, científico investigador del Departamento de Neurocirugía del Cedars-Sinaí. "El tamaño y la velocidad de los ordenadores actuales nos permiten explorar mecanismos [detallados] a nivel unicelular, para cada célula".
¿Cómo se modela la actividad de las células cerebrales con un ordenador?
Resulta que los impulsos eléctricos que utilizan las neuronas para comunicarse pueden reproducirse mediante un código informático.
"Replicamos las distintas formas de onda de voltaje y las trayectorias temporales de estos pulsos utilizando ecuaciones matemáticas", dice Anastassiou. Luego construyeron modelos informáticos utilizando conjuntos de datos de experimentos con ratones.
Estos experimentos miden ciertas cosas en las células, como su tamaño, forma y estructura, o cómo responden a los cambios. Cada modelo celular combina todos estos elementos y puede ayudar a revelar cómo se conectan.
Los modelos informáticos pueden conciliar dos datos fundamentales: la composición celular (bloques de construcción de las células cerebrales) y los patrones observados durante la actividad cerebral. Con la ayuda del ordenador, los vínculos entre los conjuntos de datos se vuelven claros. Según los investigadores, esto podría allanar el camino para descubrir qué es lo que realmente hace que el cerebro cambie, un paso crucial a la hora de estudiar los trastornos.
¿Qué pueden decirnos los ordenadores sobre el cerebro humano?
Uno de los usos potenciales más interesantes de los modelos de células cerebrales sería probar todo tipo de teorías sobre trastornos cerebrales que serían difíciles o imposibles de crear mediante experimentos en el laboratorio. Además, el trabajo puede dar lugar a nuevos conocimientos sobre el cerebro: lo similares o diferentes que son las células cerebrales, lo que las conecta o las diferencia, y lo que eso significa en un espectro de propiedades.
Los ordenadores y las matemáticas cuentan historias sobre el cerebro, y Anastassiou dice que para él la fascinación proviene de la simplicidad del resultado y la riqueza de sus impactos.
"Siempre me ha fascinado la cuestión de cómo las ecuaciones matemáticas representan las células biológicas vivas e informáticas, especialmente en el caso del cerebro, el epicentro de lo que nos hace humanos", afirma.
