El mapeo cerebral es un conjunto de técnicas de neurociencia basadas en el mapeo de cantidades o propiedades (biológicas) en representaciones espaciales del cerebro (humano o no humano) que dan como resultado mapas .
Toda neuroimagen se considera parte del mapeo cerebral. El mapeo cerebral puede concebirse como una forma superior de neuroimagen, que produce imágenes cerebrales complementadas con el resultado de un procesamiento o análisis de datos adicionales (con o sin imágenes), como mapas que proyectan (medidas de) comportamiento en regiones del cerebro (ver fMRI ). Uno de esos mapas, llamado conectograma , representa regiones corticales alrededor de un círculo, organizadas por lóbulos. Los círculos concéntricos dentro del anillo representan varias medidas neurológicas comunes, como el grosor cortical o la curvatura. En el centro de los círculos, las líneas que representan fibras de materia blanca ilustran las conexiones entre regiones corticales, ponderadas por la anisotropía fraccional y la fuerza de la conexión. [1] En resoluciones más altas, los mapas cerebrales se denominan conectomas . Estos mapas incorporan conexiones neuronales individuales en el cerebro y a menudo se presentan como diagramas de cableado . [2]
Las técnicas de mapeo cerebral están en constante evolución y se basan en el desarrollo y refinamiento de técnicas de adquisición, representación, análisis, visualización e interpretación de imágenes. [3] Las neuroimágenes funcionales y estructurales son el núcleo del aspecto cartográfico del mapeo cerebral.
Algunos científicos han criticado las afirmaciones basadas en imágenes del cerebro hechas en revistas científicas y en la prensa popular, como el descubrimiento de "la parte del cerebro responsable" de cosas como el amor, las habilidades musicales o una memoria específica. Muchas técnicas de mapeo tienen una resolución relativamente baja, incluyendo cientos de miles de neuronas en un solo vóxel . Muchas funciones también involucran múltiples partes del cerebro, lo que significa que este tipo de afirmación probablemente no sea verificable con el equipo utilizado y, en general, se base en una suposición incorrecta sobre cómo se dividen las funciones cerebrales. Puede ser que la mayoría de las funciones cerebrales sólo se describan correctamente después de ser medidas con mediciones mucho más detalladas que no observen regiones grandes sino un número muy grande de pequeños circuitos cerebrales individuales . Muchos de estos estudios también tienen problemas técnicos como un tamaño de muestra pequeño o una mala calibración del equipo, lo que significa que no pueden reproducirse, consideraciones que a veces se ignoran para producir un artículo de revista o un titular de prensa sensacionalista. En algunos casos, las técnicas de mapeo cerebral se utilizan con fines comerciales, detección de mentiras o diagnóstico médico de formas que no han sido validadas científicamente. [4] [ página necesaria ]
Historia
A finales de la década de 1980, en Estados Unidos, se encargó al Instituto de Medicina de la Academia Nacional de Ciencias que estableciera un panel para investigar el valor de integrar información neurocientífica a través de una variedad de técnicas. [5] [ página necesaria ]
Tras una serie de reuniones, surgió el Consorcio Internacional para el Mapeo Cerebral (ICBM). [10] [ página necesaria ] El objetivo final es desarrollar atlas cerebrales computacionales flexibles .
Logros
El sitio web interactivo y de ciencia ciudadana Eyewire mapea las células de la retina de los ratones y se lanzó en 2012. En 2021, investigadores de Google publicaron el mapa 3D más completo del cerebro humano . Muestra neuronas y sus conexiones junto con vasos sanguíneos y otros componentes de una millonésima parte de un cerebro. Para el mapa, el fragmento de 1 mm³ se cortó en aproximadamente 5.300 piezas de aproximadamente 30 nanómetros de espesor, cada una de las cuales se escaneó con un microscopio electrónico . El mapa interactivo requirió 1,4 petabytes de espacio de almacenamiento. [12] [13] Aproximadamente dos meses después, los científicos informaron que habían creado el primer mapa 3D completo con resolución a nivel neuronal de un cerebro de mono que escanearon mediante un nuevo método en 100 horas. Pusieron a disposición del público sólo una fracción del mapa 3D, ya que el mapa completo ocupa más de 1 petabyte de espacio de almacenamiento, incluso cuando está comprimido. [14] [15]
En octubre de 2021, la Red de Censos Celulares de la Iniciativa BRAIN (BICCN) concluyó la primera fase de un proyecto a largo plazo para generar un atlas de todo el cerebro del ratón (mamífero) con 17 estudios, incluido un atlas y un censo de tipos de células en el cerebro primario. corteza motora . [16] [17] [18]
Desarrollo cerebral
En 2021 se informó del primer conectoma que muestra cómo cambia el cerebro de un animal a lo largo de su vida. Los científicos mapearon y compararon los cerebros completos de ocho gusanos isogénicos C. elegans , cada uno en una etapa diferente de desarrollo. [19] [20] Más tarde ese año, los científicos combinaron la microscopía electrónica y las imágenes del arco cerebral para mostrar por primera vez el desarrollo de un circuito neuronal en los mamíferos. Informaron los diagramas de cableado completos entre el SNC y los músculos de diez ratones individuales. [21]
Visión
En agosto de 2021, los científicos del programa MICrONS , lanzado en 2016, [22] publicaron un conjunto de datos de conectómica funcional que "contiene imágenes de calcio de unas 75.000 neuronas de la corteza visual primaria (VISp) y tres áreas visuales superiores (VISrl, VISal y VISlm ), que fueron grabados mientras un ratón observaba películas naturales y estímulos paramétricos". [23] [24] Con base en estos datos, también publicaron "visualizaciones interactivas de datos anatómicos y funcionales que abarcan las 6 capas de la corteza visual primaria del ratón y las 3 áreas visuales superiores (LM, AL, RL) dentro de un volumen de un milímetro cúbico". el Explorador de MICRONES . [25]
regeneración cerebral
En 2022, un primer atlas celular espaciotemporal del desarrollo y la regeneración del cerebro del ajolote , la interpretación interactiva del telencéfalo regenerativo del ajolote a través del atlas transcriptómico espaciotemporal , reveló ideas clave sobre la regeneración del cerebro del ajolote. [26] [27]
Plantilla MNI, 1998 (la plantilla estándar de SPM y el Consorcio Internacional para Mapeo Cerebral)
Atlas del cerebro humano en desarrollo, 2012 [29]
Atlas del cerebro infantil, 2023 [30]
Definición completa de la Sociedad de Terapéutica y Mapeo Cerebral (SBMT)
El mapeo cerebral es el estudio de la anatomía y función del cerebro y la médula espinal mediante el uso de imágenes (incluidas imágenes intraoperatorias, microscópicas, endoscópicas y multimodales), inmunohistoquímica, molecular y optogenética, células madre y biología celular, ingeniería. (materiales, eléctricos y biomédicos), neurofisiología y nanotecnología.
^ Irimia, Andrei; Cámaras, Micah C.; Torgerson, Carinna M.; Cuerno, John D. (2012). "Representación circular de redes corticales humanas para visualización conectómica a nivel de sujeto y población". NeuroImagen . 60 (2): 1340–51. doi : 10.1016/j.neuroimage.2012.01.107. PMC 3594415 . PMID 22305988.
^ Shi, Y (mayo de 2017). "Imágenes de conectomas para mapear las vías del cerebro humano". Naturaleza . 22 (9): 1230-1240. doi : 10.1038/mp.2017.92 . PMC 5568931 . PMID 28461700.
^ Kambara, T; Bien, S; Alqatan, Z; Klingert, C; Ratnam, D; Hayakawa, A; Nakai, Y; Luat, AF; Agarwal, R; Rothermel, R; Asano, E (2018). "Mapeo del lenguaje prequirúrgico utilizando actividad gamma alta relacionada con eventos: el procedimiento de Detroit". Clínica Neurofisiol . 129 (1): 145-154. doi :10.1016/j.clinph.2017.10.018. PMC 5744878 . PMID 29190521.
^ Satel, Sally L.; Lilienfeld, Scott O. (2015). Lavado de cerebro: el atractivo seductor de la neurociencia sin sentido . Nueva York: Basic Books (Perseus Book Group). ISBN978-0-465-06291-1.
^ Pechura, Constanza M.; Martín, José B. (1991). Mapeo del cerebro y sus funciones: integración de tecnologías habilitadoras en la investigación en neurociencia . Instituto de Medicina (EE.UU.). Comité sobre una base de datos nacional de circuitos neuronales. doi : 10.17226/1816 . ISBN978-0-309-04497-4. PMID 25121208.
^ Koslow, Stephen H.; Huerta, Michael F., eds. (1997). Neuroinformática: una descripción general del proyecto del cerebro humano . Mahwah, Nueva Jersey: L. Eribaum. ISBN978-1-134-79842-1.
^ Van Horn, John Darrell; Irimia, Andrei; Torgerson, Carinna M.; Cámaras, Micah C.; Kikinis, Ron; Toga, Arthur W. (2012). Sporns, Olaf (ed.). "Mapeo de daños a la conectividad en el caso de Phineas Gage". MÁS UNO . 7 (5): e37454. Código Bib : 2012PLoSO...737454V. doi : 10.1371/journal.pone.0037454 . PMC 3353935 . PMID 22616011.
^ Irimia, Andrei; Cámaras, Micah C.; Torgerson, Carinna M.; Filippou, María; Hovda, David A.; Alger, Jeffry R.; Gerig, Guido; Toga, Arthur W.; Vespa, Paul M.; Kikinis, Ron; Van Horn, John D. (2012). "Visualización de conectómica adaptada al paciente para la evaluación de la atrofia de la materia blanca en una lesión cerebral traumática". Fronteras en Neurología . 3 : 10. doi : 10.3389/fneur.2012.00010 . PMC 3275792 . PMID 22363313.
^ Mohan, Mohind C (15 de marzo de 2021). Un mapa genético de los trastornos de lesiones cerebrales (1 ed.). Prensa académica. págs. 123-134. ISBN978-0-12-821974-4.
^ Toga, Arthur W.; Mazziotta, John C., eds. (2002). Mapeo cerebral: los métodos. vol. 1. Prensa académica (Elsevier Science). ISBN978-0-12-693019-1.
^ Bae, J. Alejandro; Mu, Shang; Kim, Jinseop S.; Turner, Nicolás L.; Tartavull, Ignacio; Kemnitz, Nico; Jordán, Chris S.; Norton, Alex D.; Platero, William M.; Prentki, Raquel; Sorek, Marissa; David, Celia; Jones, Devon L.; Suave, Doug; Sterling, Amy LR; Parque, Jungman; Briggman, Kevin L.; Seung, H. Sebastian (17 de mayo de 2018). "Museo Digital de Células Ganglionares de la Retina con Anatomía y Fisiología Densa". Celúla . 173 (5): 1293–1306.e19. doi :10.1016/j.cell.2018.04.040. ISSN 1097-4172. PMC 6556895 . PMID 29775596.
^ "Google y Harvard mapean las conexiones cerebrales con un detalle sin precedentes". Nuevo Atlas . 2021-06-02 . Consultado el 13 de junio de 2021 .
^ Shapson-Coe, Alejandro; Januszewski, Michał; Berger, Daniel R.; Papa, Arte; Wu, Yuelong; Blakely, Tim; Schalek, Richard L.; Li, Pedro; Wang, Shuohong; Maitin-Shepard, Jeremy; Karlupia, Neha; Dorkenwald, Sven; Sjostedt, Evelina; Leavitt, Laramie; Lee, Dongil; Bailey, Lucas; Fitzmaurice, Angérica; Kar, Rohin; Campo, Benjamín; Wu, Hank; Wagner-Carena, Julián; Ale, David; Lau, Joanna; Lin, Zudi; Wei, Donglai; Pfister, Hanspeter; Peleg, Adi; Jainista, Viren; Lichtman, Jeff W. (30 de mayo de 2021). "Un estudio conectómico de un fragmento de petaescala de la corteza cerebral humana". bioRxiv : 2021.05.29.446289. doi :10.1101/2021.05.29.446289. S2CID 235270687 . Consultado el 13 de junio de 2021 .
^ "El equipo chino espera que la imagen de alta resolución del cerebro de un mono revele secretos". Poste matutino del sur de China . 1 de agosto de 2021 . Consultado el 13 de agosto de 2021 .
^ Xu, colmillo; Shen, Yan; Ding, Lufeng; Yang, Chao-Yu; Bronceado, Heng; Wang, Hao; Zhu, Qingyuan; Xu, Rui; Wu, Fengyi; Xiao, Yanyang; Xu, Cheng; Li, Qianwei; Su, Peng; Zhang, Li I.; Dong, Hong-Wei; Desimone, Robert; Xu, Fuqiang; Hu, Xintian; Lau, Pak-Ming; Bi, Guo-Qiang (26 de julio de 2021). "Mapeo de alto rendimiento de un cerebro completo de mono rhesus con resolución micrométrica". Biotecnología de la Naturaleza . 39 (12): 1521-1528. doi :10.1038/s41587-021-00986-5. ISSN 1546-1696. PMID 34312500. S2CID 236453498.
^ "Los neurocientíficos lanzan el primer atlas completo de células cerebrales". Universidad de California-Berkeley . Consultado el 16 de noviembre de 2021 .
^ Edward M. Callaway; et al. (octubre de 2021). "Un censo de células multimodal y atlas de la corteza motora primaria de los mamíferos". Naturaleza . 598 (7879): 86-102. doi :10.1038/s41586-021-03950-0. ISSN 1476-4687. PMC 8494634 . PMID 34616075.
^ Winnubst, Johan; Arber, Silvia (octubre 2021). "Un censo de tipos de células en la corteza motora del cerebro". Naturaleza . 598 (7879): 33–34. Código Bib :2021Natur.598...33W. doi :10.1038/d41586-021-02493-8. PMID 34616052. S2CID 238422012 . Consultado el 16 de noviembre de 2021 .
^ "Por qué el desarrollo del cerebro de un pequeño gusano podría arrojar luz sobre el pensamiento humano". phys.org . Consultado el 21 de septiembre de 2021 .
^ Witvliet, Daniel; Mulcahy, Ben; Mitchell, James K.; Meirovitch, Yaron; Berger, Daniel R.; Wu, Yuelong; Liu, Yufang; Koh, Wan Xian; Parvathala, Rajeev; Holmyard, Douglas; Schalek, Richard L.; Shavit, Nir; Chisholm, Andrew D.; Lichtman, Jeff W.; Samuel, Aravinthan DT; Zhen, Mei (agosto de 2021). "Los conectomas a lo largo del desarrollo revelan principios de maduración cerebral". Naturaleza . 596 (7871): 257–261. Código Bib :2021Natur.596..257W. bioRxiv 10.1101/2020.04.30.066209v3 . doi :10.1038/s41586-021-03778-8. ISSN 1476-4687. PMC 8756380 . PMID 34349261.
^ Meirovitch, Yaron; Kang, Kai; Borrador, Ryan W.; Pavarino, Elisa C.; Henao E., María F.; Yang, furioso; Turney, Stephen G.; Berger, Daniel R.; Peleg, Adi; Schalek, Richard L.; Lu, Ju L.; Tapia, Juan-Carlos; Lichtman, Jeff W. (septiembre de 2021). "Los conectomas neuromusculares a lo largo del desarrollo revelan reglas de ordenamiento sináptico". bioRxiv . doi :10.1101/2021.09.20.460480. S2CID 237598181.
^ Cepelewicz, Jordana. "El gobierno de Estados Unidos lanza un proyecto Apolo del cerebro de 100 millones de dólares"". Científico americano . Consultado el 22 de noviembre de 2021 .
^ "Este es un mapa de 500 millones de conexiones en un pedacito de cerebro de ratón". Revisión de tecnología del MIT . Consultado el 22 de noviembre de 2021 .
^ "MM cortical ^ 3". Explorador de MICRONES . Consultado el 22 de noviembre de 2021 .
^ "Stereo-seq unicelular revela nuevos conocimientos sobre la regeneración cerebral del ajolote". Noticias-Medical.net . 6 de septiembre de 2022 . Consultado el 19 de octubre de 2022 .
^ Wei, Xiaoyu; Fu, Sulei; Li, Hanbo; Liu, Yang; Wang, Shuai; Feng, Weimin; Yang, Yunzhi; Liu, Xiawei; Zeng, Yan-Yun; Cheng, Mengnan; Lai, Yiwei; Qiu, Xiaojie; Wu, Liang; Zhang, Nannan; Jiang, Yujia; Xu, Jiangshan; Su, Xiaoshan; Peng, Cheng; Han, Lei; Lou, Wilson Pak-Kin; Liu, Chuanyu; Yuan, Yue; Mamá, Kailong; Yang, Tao; Pan, Xiangyu; Gao, Shang; Chen, Ao; Esteban, Miguel A.; Yang, Huanming; Wang, Jian; Fan, Guangyi; Liu, Longqi; Chen, Liang; Xu, Xun; Fei, Ji-Feng; Gu, Ying (2 de septiembre de 2022). "Stereo-seq unicelular revela células progenitoras inducidas involucradas en la regeneración del cerebro del ajolote" . Ciencia . 377 (6610): eabp9444. doi : 10.1126/science.abp9444. ISSN 0036-8075. PMID 36048929. S2CID 252010604.
^ Atlas del cerebro completo de Harvard Archivado el 18 de enero de 2016 en la Wayback Machine.
^ Serag, Ahmed; Aljabar, Paul; Bola, Gareth; Counsell, Serena J.; Boardman, James P.; Rutherford, María A.; Edwards, A.David; Hajnal, José V.; Rueckert, Daniel (2012). "Construcción de un atlas espacio-temporal consistente de alta definición del cerebro en desarrollo mediante regresión kernel adaptativa". NeuroImagen . 59 (3): 2255–65. doi : 10.1016/j.neuroimage.2011.09.062. PMID 21985910. S2CID 9747334.
^ Ahmad S, Wu W, Wu Z, Thung KH, Liu S, Lin W, Li G, Wang L, Yap PT (2023). "Atlas multifacéticos del cerebro humano en su infancia". Métodos de la naturaleza . 20 (1): 55–64. doi :10.1038/s41592-022-01703-z. PMC 9834057 . PMID 36585454. S2CID 247600108.
Lectura adicional
Rita Carter (1998). Mapeando la mente .
FJ Chen (2006). Mapeo cerebral y lenguaje
FJ Chen (2006). Centrarse en la investigación de mapas cerebrales .
FJ Chen (2006). Tendencias en la investigación de mapas cerebrales .
FJ Chen (2006). Progreso en la investigación de mapas cerebrales .
Koichi Hirata (2002). Avances recientes en el mapeo del cerebro humano: Actas del 12º Congreso Mundial de la Sociedad Internacional de Topografía Electromagnética del Cerebro (ISBET 2001) .
Konrad Maurer y Thomas Dierks (1991). Atlas de mapeo cerebral: mapeo topográfico de Eeg y potenciales evocados .
Konrad Maurer (1989). Mapeo cerebral topográfico de EEG y potenciales evocados .
Arthur W. Toga y John C. Mazziotta (2002). Mapeo cerebral: los métodos .
Tatsuhiko Yuasa, James Prichard y S. Ogawa (1998). Progreso actual en el mapeo funcional del cerebro: ciencia y aplicaciones .