Hubo una vez, no hace mucho, en que científicos como Casey Holliday necesitaban bisturíes, tijeras e incluso sus propias manos para realizar investigaciones anatómicas. Pero ahora, con los avances tecnológicos recientes, Holliday y sus colegas de la Universidad de Missouri están utilizando inteligencia artificial (IA) para ver dentro de un animal o una persona, hasta una sola fibra muscular, sin siquiera hacer un corte.

Holliday, profesor asociado de patología y ciencias anatómicas, dijo que su laboratorio en la Facultad de Medicina de MU es uno de los pocos laboratorios en el mundo que actualmente utiliza este enfoque de alta tecnología.

La IA puede enseñar a los programas de computadora a identificar una fibra muscular en una imagen, como una tomografía computarizada. Luego, los investigadores pueden usar esos datos para desarrollar modelos informáticos tridimensionales detallados de los músculos para comprender mejor cómo trabajan juntos en el cuerpo para el control motor, dijo Holliday.

Holliday, junto con algunos de sus alumnos actuales y anteriores, lo hicieron recientemente cuando comenzaron a estudiar la fuerza de mordedura de un cocodrilo.

"Lo único de las cabezas de cocodrilo es que son planas, y la mayoría de los animales que han evolucionado para morder muy fuerte, como hienas, leones, tiranosaurios e incluso humanos, tienen cráneos muy altos, porque todos esos músculos de la mandíbula están orientados verticalmente". dijo Holliday. "Están diseñados de esa manera, por lo que ponen una gran fuerza de mordida vertical en lo que sea que estén comiendo. Pero los músculos de un cocodrilo están orientados más horizontalmente".

Los modelos tridimensionales de la arquitectura muscular podrían ayudar al equipo a determinar cómo se orientan los músculos en las cabezas de cocodrilo para ayudar a aumentar su fuerza de mordida. Ayudando a liderar este esfuerzo está uno de los exalumnos de Holliday, Kaleb Sellers, quien ahora es investigador postdoctoral en la Universidad de Chicago.

"Los músculos de la mandíbula se han estudiado durante mucho tiempo en los mamíferos con la suposición de que los descriptores relativamente simples de la anatomía muscular pueden decir mucho sobre la función del cráneo", dijo Sellers. "Este estudio muestra cuán compleja es la anatomía de los músculos de la mandíbula en un grupo de reptiles".

El laboratorio de Holliday comenzó a experimentar con imágenes en 3D hace varios años. Algunos de sus primeros hallazgos se publicaron en 2019 con un estudio en Integrative Organismal Biology que mostró el desarrollo de un modelo tridimensional de los músculos esqueléticos en un estornino europeo.

Transición a un mundo digital

Históricamente, Holliday dijo que la investigación anatómica, y gran parte de lo que hizo mientras crecía, involucraba la disección de animales con un bisturí o tijeras, o lo que él llama un enfoque "analógico". Se le presentaron por primera vez los beneficios del uso de imágenes digitales para estudiar anatomía cuando se unió al proyecto "Sue the T. rex" a fines de la década de 1990. Hasta la fecha, sigue siendo uno de los especímenes de Tyrannosaurus rex más grandes y mejor conservados jamás descubiertos.

Holliday recuerda el momento en que el cráneo gigante del T. rex fue transportado al Laboratorio de Campo de Santa Susana de Boeing en California para ser fotografiado en uno de los escáneres CAT masivos de la compañía aeroespacial que normalmente se usa para escanear motores a reacción en aviones comerciales.

"En ese momento, era el único escáner CAT en el mundo lo suficientemente grande como para caber en el cráneo de un tiranosaurio rex, y también tenía la potencia necesaria para empujar los rayos X a través de las rocas", dijo Holliday. "Cuando salí de la universidad, había pensado en convertirme en técnico de radiología, pero con el proyecto de Sue estaba aprendiendo todo acerca de cómo escanearon CAT esta cosa, y eso realmente me llamó la atención".

Hoy en día, Holliday dijo que muchos de sus alumnos actuales y anteriores en MU están aprendiendo a comprender la anatomía mediante el uso de métodos de modelado e imágenes "de vanguardia" que él y sus colegas están creando. Una de esas estudiantes es Emily Lessner, una alumna reciente de MU que desarrolló su pasión por los "animales muertos hace mucho tiempo" al trabajar en el laboratorio de Holliday.

"El proceso de digitalización no solo es útil para nuestro laboratorio e investigación", dijo Lessner. "Hace que nuestro trabajo se pueda compartir con otros investigadores para ayudar a acelerar el avance científico, y también podemos compartirlo con el público como herramientas educativas y de conservación. Específicamente, mi trabajo que analiza los tejidos blandos y los correlatos óseos en estos animales no solo ha creado cientos de preguntas futuras para responder, pero también reveló muchas incógnitas. De esa manera, no solo adquirí habilidades de imagen para ayudarme con mi trabajo futuro, sino que ahora tengo más que una carrera valiosa de caminos para explorar".

Holliday dijo que también se están trabajando planes para llevar sus modelos anatómicos tridimensionales un paso más allá al estudiar cómo han evolucionado las manos humanas a partir de sus ancestros evolutivos. El proyecto, que aún se encuentra en sus primeras etapas, recibió recientemente una subvención de la Fundación Leakey. Junto a Holliday en el proyecto estarán dos de sus colegas en MU, Carol Ward, profesora distinguida de curadores de patología y ciencias anatómicas, y Kevin Middleton, profesor asociado de ciencias biológicas.

Si bien alrededor del 90 % de la investigación realizada en el laboratorio de Holliday consiste en estudiar cosas que existen en el mundo moderno, dijo que los datos que recopilan también pueden informar el registro fósil, como conocimiento adicional sobre cómo se movía y funcionaba el T. rex.

"Con un mejor conocimiento de la anatomía muscular real, realmente podemos descubrir cómo el T. rex realmente podría realizar controles de motricidad fina y comportamientos más matizados, como la fuerza de mordida y el comportamiento de alimentación", dijo Holliday. + Explora más

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