Espectaculares Imágenes Cerebrales Revelan Una Estructura Sorprendentemente Simple

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Las fibras en el cerebro se ejecutan en un patrón de cuadrícula ordenado, las nuevas imágenes del cerebro humano y de otros primates parecen revelarse.

Impresionantes nuevas imágenes del cerebro revelan un patrón de organización engañosamente simple en el cableado de este complejo órgano.

En lugar de fibras nerviosas que viajan a través del cerebro como espaguetis, como sugieren algunas imágenes, los nuevos retratos revelan láminas bidimensionales de fibras paralelas que se entrecruzan con otras láminas en ángulo recto en una estructura cuadrícula que se pliega y se contrae con las circunvoluciones del cerebro.

Este mismo patrón apareció en los cerebros de los humanos, monos rhesus, monos búho, titíes y galagos, según informan los investigadores (29 de marzo) en la revista Science.

"El resultado final es que las fibras del cerebro forman una cuadrícula 3D y están organizadas de esta manera excepcionalmente simple", dijo a WordsSideKick.com el líder del estudio, Van Wedeen, neurocientífico de la Escuela de Medicina de Harvard y el Hospital General de Massachusetts. "Este motivo de cruce en tres ejes es el motivo básico del tejido cerebral". [Dentro del cerebro: un viaje a través del tiempo]

El cerebro organizado

La superficie del cerebro contiene alrededor de 40 mil millones de células nerviosas, cada una de las cuales realiza aproximadamente 1,000 conexiones en un patrón que los investigadores del cerebro aún tienen que descifrar, dijo Marsel Mesulam, directora del Centro de Neurología Cognitiva y Enfermedad de Alzheimer en la Universidad Northwestern. Mesulam, que no participó en el estudio, calificó el trabajo de Wedeen de "muy emocionante".

"No puede haber más preguntas fundamentales en filosofía, en psicología", dijo Mesulam a WordsSideKick.com. "El cerebro humano es el dispositivo más complejo del universo conocido, y funciona cuando las células nerviosas se comunican entre sí. Si no podemos averiguar cómo deciden con quién hablar y qué se dicen entre sí, simplemente no lo hacemos. No entiendo cómo funciona el cerebro ".

Utilizando una técnica que desarrolló llamada resonancia magnética (RM) de espectro de difusión, Wedeen trazó el movimiento de las moléculas de agua a lo largo de las intersecciones de las fibras cerebrales (las proyecciones celulares que forman la red de comunicación del cerebro), rastreando la orientación de cada fibra en cada cruce.

Este es un detalle de una imagen de RM de espectro de difusión del cerebro de mono rhesus que muestra la estructura tridimensional, similar a una hoja, de vías neurales que se cruzan entre sí en ángulos rectos.

Este es un detalle de una imagen de RM de espectro de difusión del cerebro de mono rhesus que muestra la estructura tridimensional, similar a una hoja, de vías neurales que se cruzan entre sí en ángulos rectos.

Crédito: Van Wedeen, M.D., Martinos Center for Biomedical Imaging, Hospital General de Massachusetts

"Lo que surgió fue asombroso", dijo Wedeen. "Lo que surgió fue que el conjunto de fibras que cruzaban una fibra dada, invariablemente, y eso es realmente fuerte invariablemente, se ven como fibras mutuamente paralelas, todas como los dientes de un peine y que se cruzan en una dirección". [Ver video de la estructura del cerebro]

Los estudios en animales sugirieron que este patrón podría existir, y los investigadores ya sabían que las células nerviosas en la médula espinal y el tallo cerebral estaban organizadas en paralelos y perpendiculares muy estructurados incluso en humanos (considere las largas fibras nerviosas que se extienden por la columna vertebral y luego se ramifican) normalmente de las vértebras). Pero es difícil obtener escaneos de alta resolución de la conectividad de la fibra en la corteza humana, dado que los humanos tienden a sentirse incómodos si se los deja en un escáner de IRM durante más de 45 minutos, dijo Wedeen. Por esa razón, las imágenes de las conexiones del cerebro humano han tendido a parecerse a espaguetis enredados, dijo.

Wedeen y sus colegas escanearon cuatro tipos de cerebros de primates de animales fallecidos, lo que les permitió obtener imágenes de cerebros por hasta 48 horas, así como cerebros de sujetos humanos vivos con un nuevo escáner que puede lograr 10 veces la resolución de las máquinas de IRM convencionales. Usando un software especial, los investigadores reconstruyeron imágenes tridimensionales de las vías de la fibra cerebral.

"Mirando a través de múltiples especies, surgió que el patrón era sustancialmente similar", dijo Wedeen. "Cuando pasaste de primates con cerebros pequeños a primates con cerebros grandes... las reglas eran las mismas, pero se aplicaban de manera más diversa y con más capas en los cerebros más grandes y complejos".

Cerebro adaptable

El hallazgo de una clara organización de arriba hacia abajo, de frente hacia atrás y de lado a lado en el cerebro tiene sentido, dijo Wedeen, dado que el cerebro ha tenido que reconectarse evolutivamente (para formar los cerebros especializados que los humanos cuentan hoy) y durante su De por vida (a medida que crece y aprende, por ejemplo). Si la organización de la comunicación fuera caótica, eso no funcionaría.

"Es como volver a cablear tu sótano al azar", dijo Wedeen. "Lo primero que pasa, la casa se quema, mueres".

En otras palabras, la adaptación de un cerebro con cableado complejo que aún permitirá que la próxima generación sobreviva sería casi imposible.

"Si tratas de imaginar lo que sucedería si tratas de convertir un cerebro de espagueti en un cerebro de espagueti diferente, te das cuenta de que necesitarías un diseñador increíblemente inteligente e inteligente parado sobre el cerebro y recablándolo", dijo Wedeen.

Sin embargo, con una estructura de cuadrícula organizada, la evolución puede basarse fácilmente en lo que vino antes: agregar un cerebro anterior más complejo en los humanos frente a nuestros parientes monos, por ejemplo.

Se debe trabajar más para vincular los métodos de diagnóstico por imágenes de Wedeen con los métodos tradicionales de neuroanatomía para confirmar los hallazgos, dijo Mesulam. Wedeen planea expandir el mapa del cerebro humano en más detalle. También es importante entender la relación entre la estructura de un cerebro y su función, dijo.Comprender la estructura de un cerebro típico en última instancia ayudaría a los científicos a comprender qué sucede cuando el desarrollo del cerebro falla, como en el caso de la enfermedad de Alzheimer o la enfermedad mental.

"Digamos que alguien viene a ti con su hijo de 2 años y dice: 'Mi hijo de 2 años no me mira a los ojos'. ¿Es esta la primera señal de Asperger o solo una diferencia individual?" Dijo Wedeen. "Sabrías cómo empezar. Sabrías lo que estabas haciendo".

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