Las neuronas del cerebro humano se transfieren información entre sí. ¿Quieres un mapa de esto? Podría llevar un tiempo. Vea más imágenes del cerebro. © iStockphoto.com / Kiyoshi Takahase Segundo El cerebro humano es un nudo de 100 mil millones de neuronas y células de apoyo. Podemos almacenar toda una vida de recuerdos allí. Podemos usarlo para escribir sonetos y construir aviones. Seguro, el cerebro de un elefante es más grande, pesa más, y tiene más neuronas, pero los elefantes también carecen de nuestras habilidades. ¿Intrigado? Los científicos seguro que lo son. Esa es una de las razones por las que están mapeando el cerebro humano, un proyecto sustancial que podría tardar décadas en completarse.
El mapeo cerebral intenta relacionar la estructura del cerebro con su función, o encontrar qué partes nos dan ciertas habilidades. Por ejemplo, ¿Qué aspecto de nuestro cerebro nos permite ser creativos o lógicos? Se llama localización de la función .
Al mapear las funciones cerebrales, Los científicos usan imágenes para observar cómo el cerebro trabaja en varias tareas. Charles Wilson, neurobiólogo de la Universidad de Texas en San Antonio, explica la localización de la función de esta manera:
Hay una parte del cerebro que tiene que ver principalmente con la visión y otras partes que tienen que ver principalmente con el sonido. Ahora, ¿Podemos mirar en la sección de visión y decir, ¿Existe una parte especial del cerebro que detecta objetos rojos y otra que detecta objetos verdes? ¿O la misma área detecta objetos de ambos colores?El mapeo cerebral también se ve de afuera hacia adentro. Examina cómo nuestro entorno cambia la estructura de nuestro cerebro al estudiar, por ejemplo, cómo el cerebro cambia físicamente a través de los procesos de aprendizaje y envejecimiento. El mapeo cerebral también examina lo que falla físicamente en el cerebro durante las enfermedades mentales y otras enfermedades cerebrales.
Finalmente, El mapeo cerebral tiene como objetivo darnos una imagen completa de la estructura de nuestro cerebro. Google Earth nos muestra imágenes de satélite de nuestro planeta y se acerca a los continentes, países, estados, ciudades carreteras calles y edificios. Un mapa estructural completo de nuestro cerebro podría ser similar. Podría mostrarnos todo nuestro cerebro; todas las regiones, lóbulos funcionales, centros especializados, "haces" gruesos de neuronas que conectan partes del cerebro, circuitos neuronales, neuronas individuales, uniones entre neuronas y finalmente, partes de neuronas. Los científicos todavía están desarrollando las partes que podrían formar este mapa masivo.
El mapeo cerebral es una colección de muchas herramientas diferentes. Los investigadores deben recopilar imágenes del cerebro, convertir esas imágenes en datos, y luego usar esos datos para analizar lo que sucede en el cerebro a medida que se desarrolla.
Siga leyendo para aprender cómo los investigadores mapean el cerebro.
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Hemos recorrido un largo camino desde esto. Mark Strozier / © istockphoto.com Los científicos utilizan muchos métodos para estudiar la estructura y función del cerebro. Toman fotografías de cerebros sanos y las comparan con cerebros enfermos. Además, examinan cerebros tomados de humanos, primates y pequeños mamíferos y tratar de entender cómo funcionan los sistemas nerviosos más pequeños de los invertebrados. A nivel microscópico, también examinan las neuronas.
A continuación, se muestran algunas herramientas que se utilizan en el mapeo cerebral. Estas técnicas toman imágenes del cerebro:
Estas técnicas examinan la actividad cerebral:
Los nuevos métodos permiten a los investigadores ver todas las conexiones entre las neuronas en un cerebro intacto. Esta rama de estudio se llama conectómica. El "diagrama de cableado" de un cerebro se llama conectoma [fuente:Lichtman]. "Hasta hace poco, no teníamos ninguna esperanza de obtener estos diagramas de cableado, "dice Jeff Lichtman, un biólogo de Harvard que dirigió el grupo que desarrolló algunas de las nuevas técnicas. "Podíamos ver células individuales, pero nunca todos a la vez ".
Brainbow etiquetó las neuronas de este cerebro de ratón transgénico con aproximadamente 90 combinaciones de colores diferentes. Fotógrafo autónomo / Getty Images / AFP Una de esas técnicas, conocido como Brainbow , etiqueta cada neurona en el cerebro de un animal vivo con un color diferente. Al generar imágenes del cerebro del animal, los científicos pueden ver dónde y cómo se conectan las neuronas entre sí. A medida que el animal crece y envejece, también pueden observar cómo las neuronas cambian de conexión.
Otra técnica utiliza el ATLUM, o ultramicrotomo de torno recogedor de cinta automático . Esta máquina lee el diagrama de cableado de un cerebro. "Hacemos algo parecido a pelar una manzana, "explica Lichtman." Básicamente, nos afeitamos un corte en espiral mientras giramos el cerebro en un torno y colocamos esta cinta de tejido en una cinta. Eventualmente obtendremos una cinta enormemente larga, que es esencialmente todo el cerebro. Usando un microscopio electrónico, lo imaginaremos para ver la estructura del cableado ".
Hasta aquí, Brainbow y ATLUM se están utilizando solo para estudiar animales con cerebros relativamente pequeños, como ratones.
Entonces, ¿Cuál es el punto de? Qué, si algo, ¿Se puede lograr el mapeo? Aprenda lo que podemos aprender del mapeo del cerebro humano en la página siguiente.
¿Puede una phMRI estudiar el dolor?En un estudio realizado en el Centro de Oxford de Gran Bretaña para la obtención de imágenes por resonancia magnética funcional del cerebro, los investigadores registraron imágenes de los cerebros de los pacientes mientras se quemaba la piel y cuando los pacientes recibían dosis crecientes de analgésicos. Los centros de dolor en el cerebro de los pacientes se volvieron menos activos a medida que aumentaban las dosis del fármaco. Esta medida sencilla del efecto de una droga en el cerebro puede eventualmente usarse para probar drogas psiquiátricas [fuente:Matthews].
¿Por qué los científicos asumirían la ardua tarea de mapear el cerebro? La respuesta es simple, dice Lichtman:para comprender nuestro cerebro más íntimamente. Nunca hemos visto un diagrama de cómo se conectan todas las neuronas del cerebro. Como dice Jeff Lichtman, "Gran parte de nuestro pensamiento sobre el cerebro se basa en un conocimiento incompleto de lo que realmente está allí. Por eso, nos gustaría ver lo que realmente está allí".
El diagrama de cableado del cerebro puede ayudarnos a comprender mejor cómo aprendemos y nos adaptamos, dice Lichtman. "Empezamos estando menos adaptados a nuestro medio ambiente que cualquier otro animal. Para cuando seamos adultos, podemos usar herramientas que nuestra herencia genética no podría haberle enseñado a usar a nuestro sistema nervioso, como los iPods. Ningún otro animal puede hacer eso. Durante nuestro desarrollo, debemos conectarnos a nosotros mismos para [poder] utilizar estas máquinas ".
El mapeo cerebral también es de utilidad práctica para los médicos. Los neurocirujanos utilizan el mapeo cerebral para planificar cirugías más seguras. Un tratamiento para la epilepsia por ejemplo, elimina la parte afectada del cerebro. Usando resonancia magnética funcional y electroencefalograma, los cirujanos pueden localizar el centro de las convulsiones en el cerebro de un paciente, así como las áreas que están activas durante el habla y el movimiento, hasta el milímetro. Estas imágenes les dicen a los médicos qué dejar y qué recortar.
Las imágenes cerebrales no solo se utilizan en el tratamiento. Se utiliza para diagnosticar enfermedades neurodegenerativas como el Parkinson y el Alzheimer [fuente:Wilson]. Usando técnicas de etiquetado como PET, los médicos buscan gotas en ciertos químicos cerebrales, o pueden usar resonancia magnética para examinar encogimientos en áreas que muestran pérdida de tejido. Tiempo extraordinario, los médicos pueden trazar un mapa del aspecto del cerebro a medida que avanzan las enfermedades o funcionan los tratamientos [fuente:Instituto de Trastornos Neurodegenerativos].
Los trastornos del desarrollo como el autismo pueden tener una base estructural en el cerebro. Lichtman señala que se cree que el autismo implica una serie de conexiones erróneas entre neuronas. Al aplicar Brainbow a un ratón con autismo, Los investigadores pueden ver cómo evoluciona el diagrama de cableado para descubrir cómo, cuándo y si el cableado sale mal.
Los científicos también han tratado de ilustrar los efectos de diversas enfermedades mentales en el cerebro, con cierto éxito. Las imágenes cerebrales de estos pacientes revelaron anomalías estructurales. Por ejemplo, La resonancia magnética estructural ha demostrado que los pacientes esquizofrénicos pierden materia en el temporal y corteza prefrontal a lo largo del tiempo [Fuente:Rapoport]. Estos hallazgos aún no han dado lugar a tratamientos.
Trastorno de pánico, trastorno bipolar, depresión, ansiedad, trastornos alimentarios y más se están examinando utilizando diferentes técnicas de imágenes cerebrales, pero, ¿cómo interpretamos los hallazgos de los científicos? Más importante, donde podemos verlos? Descúbrelo en la página siguiente.
Sarcasmo mapeado. La conciencia sigue siendo esquiva.Los médicos y científicos han aprendido más de los mapas cerebrales de lo que puede cubrir este artículo. Aquí hay dos aspectos destacados:
El cofundador de Microsoft, Paul G. Allen, promociona la finalización del Allen Brain Atlas en Capitol Hill en septiembre de 2006. El proyecto estudia la expresión de genes en el cerebro de los ratones. Noticias de Mark Wilson / Getty Images La neuroinformática coloca todos los datos que tenemos sobre el cerebro en Internet en forma utilizable. Los datos incluyen imágenes, modelos de comportamiento neuronal y mapas de genes que están "activados" en diferentes regiones del cerebro. Al hacer que los datos se puedan compartir y buscar, los investigadores del cerebro pueden aprovechar los estudios de los demás y descubrir más.
Los ingenieros están escribiendo software para ayudar a los investigadores del cerebro a compartir y comparar datos. El software ahora analiza, por ejemplo, si las resonancias magnéticas de pacientes con Alzheimer con diferentes tamaños y formas cerebrales tienen características cerebrales similares. ¿Los hombres con cierta arquitectura cerebral están predispuestos al trastorno bipolar? Esta pregunta, y muchos otros, Es posible que algún día se responda con programas informáticos que vuelvan a analizar imágenes de pacientes pasados en lugar de estudiar otros nuevos.
Aquí hay ejemplos de atlas cerebrales que los investigadores pueden buscar en busca de respuestas:
Las imágenes no son la única fuente de información. Aquí hay ejemplos de bases de datos que utilizan los investigadores del cerebro:
Ahora que podemos mapear el cerebro humano, que tan lejos hemos llegado ¿Ya terminamos? ¿Estamos siquiera cerca? Descúbrelo en la página siguiente.
Una mujer examina una exposición en Dresde, Alemania, mostrando los procesos neurobiológicos del cerebro humano. ¿Podríamos eventualmente mapear emociones como la felicidad? Norbert Millauer / DDP Después de obtener imágenes de los cerebros de poblaciones lo suficientemente grandes como para generar estadísticas, los investigadores han elaborado mapas cerebrales sofisticados. Hay mapas para ilustrar dónde perdemos volumen cerebral a medida que envejecemos, a medida que avanza el sida y a medida que usamos metanfetaminas.
¿Cómo sería un mapa completo del cerebro humano? Eso depende de tus intereses. Si tienes sed de conocer la estructura del cerebro, es posible que desee ver esa versión hipotética de Google Earth que puede comenzar con una imagen de nuestra corteza y acercarse a la neurona número 888, 898, 432, 857.
Esta completa El tipo de mapa de Google Earth está bloqueado en muchos puntos. Uno de esos puntos es la obtención de imágenes de todas las neuronas del cerebro humano y sus conexiones. Incluso obtener estos datos en el mouse es laborioso, dice el biólogo de Harvard Jeff Lichtman. Al ritmo de ATLUM y un microscopio electrónico ahora están funcionando, obtener un mapa de todas las neuronas interconectadas en el cerebro del ratón tomaría 200, 000 semanas, Estimaciones de Lichtman. Los datos serían "más grandes que todos los datos de Internet, más grandes que todos los datos de todas las bibliotecas del mundo, ", dice." En este momento, el tipo de almacenamiento que es posible en las computadoras no está a la altura ". El único" cerebro "para el que tenemos un mapa completo de neuronas interconectadas pertenece a C. elegans , "un gusano que mide un milímetro de largo y tiene 300 células nerviosas, "dice Lichtman.
De nuevo, su definición de un mapa cerebral completo depende de sus intereses. Si es neuropsiquiatra, por ejemplo, un mapa completo del cerebro podría ser una imagen de lapso de tiempo que muestre cómo se desarrolla el trastorno bipolar en el cerebro desde el nacimiento hasta el primer síntoma y qué hace el litio para detener el proceso.
Puede que eso no sea suficiente para ti. Es posible que desee conocer la función de cada centímetro del cerebro. Desafortunadamente, eso es imposible. No podemos capturar funciones que suceden demasiado rápido o demasiado lento, dice el neurobiólogo Charles Wilson. Otros procesos toman toda la vida. Ningún estudio de imágenes ha seguido a alguien desde el nacimiento hasta la muerte. "Ningún método que conozcamos maneja cada vez que nos interese. Ningún método que conozcamos maneja más que una pequeña parte del mismo, "dice Wilson. En este punto, Lichtman dice que no hay ningún esfuerzo en curso para integrar todos estos mapas en uno.
Pero no hay ninguna razón fundamental por la que eventualmente no podamos tener alguno, o todos, estos mapas, dice Wilson. "Los problemas son todos problemas tecnológicos prácticos que se pueden superar. Como con cualquier mapa, si comienzas con un mapa burdo, es mejor que ningún mapa. Y no necesitas un mapa nuevo. Simplemente agregue información al mapa antiguo para hacerlo más refinado. No vamos a despertarnos un día y tener esto. Vamos a agregar un poco hoy, un poco de mañana y en algún momento, vamos a decir 'Guau, esto está empezando a verse bastante bien '".
Para obtener más información sobre el proceso de mapeo cerebral, eche un vistazo a la página siguiente.
Lo usas todoEs un mito que usamos solo el 10 por ciento de nuestro cerebro. Lo usamos todo. Las imágenes cerebrales han documentado colectivamente la actividad en todas las partes. Y lo que es más, el daño a un área pequeña puede aniquilar habilidades importantes. Lea más sobre el mito del cerebro del 10 por ciento en el sitio web del profesor Eric Chudler en la Universidad de Washington.
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