El primer mapa global de la actividad cerebral desafía la visión tradicional del cerebro

El camino para conocer el funcionamiento cerebral acaba de dar un paso de gigante. Por vez primera se ha obtenido el primer mapa completo de la actividad cerebral. El trabajo que se publica en la revista ‘Nature’ desvela información clave sobre los mecanismos implicados … en la toma la toma de decisiones en todo el cerebro de ratones. Este mapa de la actividad cerebral desafía la visión jerárquica tradicional del procesamiento de la información en el cerebro y demuestra que la toma de decisiones se distribuye entre muchas regiones de forma altamente coordinada.
Según los investigadores, se trata del primer mapa completo, a nivel cerebral, de la actividad de neuronas individuales durante la toma de decisiones. La escala no tiene precedentes, ya que se han registrado más de medio millón de neuronas en ratones de 12 centros de investigación de Europa y EE.UU. participantes en el proyecto Brain, abarcando 279 áreas cerebrales que representan el 95 % del volumen cerebral del ratón.
«La actividad de toma de decisiones, y en particular la recompensa, iluminó el cerebro como un árbol de Navidad», afirma Alexandre Pouget, cofundador del International Brain Laboratory y jefe de grupo en la Universidad de Ginebra (Suiza).

Para Juan Lerma, profesor de investigación del CSIC en el Instituto de Neurociencias de Alicante (CSIC-UMH), se trata más de un «comienzo más que el final». Lerma explica que estas primeras conclusiones corroboran aspectos del funcionamiento cerebral que ya se intuían a partir de los estudios más limitados disponibles. «Es como si sospecháramos cómo iba a terminar una película sin haber visto el final; ahora nos lo han mostrado».
El cerebro es la estructura más compleja conocida en el universo y desentrañar cómo impulsa nuestras acciones exige un esfuerzo colectivo a gran escala. Con este espíritu nació el International Brain Laboratory, un consorcio global de neurociencia que acaba de presentar un logro sin precedentes: el primer mapa de la toma de decisiones en todo el cerebro de un mamífero, con resolución a nivel de una sola célula.
Los resultados, publicados en dos artículos en ‘Nature’, recogen los datos obtenidos de 139 ratones y más de 600.000 neuronas en 279 regiones cerebrales, gracias al uso de sondas Neuropixels, una tecnología de electrodos de última generación que permite registrar simultáneamente la actividad neuronal en múltiples áreas del cerebro.
«Este trabajo es un avance importante en la aplicación de tecnologías de registro neuronal y un ejemplo de cómo la neurociencia moderna avanza hacia grandes experimentos colectivos, al estilo de la física», asegura Rafael Yuste, director del Centro de Neurotecnología de la Universidad de Columbia (Nueva York), presidente de la Fundación NeuroRights e impulsor del proyecto BRAIN.
En declaraciones a Science Media Centre, Yuste asegura que los artículos muestran uno de los enfoques de la iniciativa BRAIN: usar electrodos de alta densidad para registrar la actividad neuronal. «Aunque con métodos ópticos ya se había logrado mapear más de un millón de neuronas en ratones y registrar toda la actividad en animales pequeños como la hidra o el pez cebra, este trabajo representa un paso importante en esa misma dirección».
A través de un sencillo experimento que consistía en sentar a los ratones frente a una pantalla donde aparecía una luz a la izquierda o a la derecha, los científicos han podido visualizar las diferentes neuronas y áreas cerebrales implicadas en la toma de decisiones.
Cada animal, describen los autores en su trabajo, debía mover una pequeña rueda en la dirección correcta para obtener una recompensa. En algunos ensayos, la luz era tan tenue que el ratón debía «adivinar», basándose en la frecuencia con la que había aparecido en el pasado. Este diseño permitió a los investigadores estudiar cómo las expectativas previas influyen en la percepción y la toma de decisiones.
«Una de las conclusiones más importantes es que la toma de decisiones está distribuida por todo el cerebro, incluso en regiones que antes creíamos que no estaban involucradas», señala Ilana Witten, profesora de neurociencia en la Universidad de Princeton (EE.UU.) y miembro del IBL.

Para Lerma, las conclusiones confirman lo que antes solo se intuía: el cerebro funciona de forma integrada. En la toma de decisiones participan muchas más áreas de las esperadas, mientras que en el procesamiento sensorial las funciones están más delimitadas. «Esto refuerza la idea de estudiarlo de manera holística, y no por regiones aisladas».
Explican los autores que gracias a sus trabajos se puede señalar que las expectativas no solo residen en áreas cognitivas, sino también en zonas sensoriales y motoras, como el tálamo, sugiriendo que el cerebro funciona como una máquina de predicción distribuida.
El proyecto reunió a 22 laboratorios de Europa y Estados Unidos, cada uno responsable de registrar una parte distinta del cerebro del ratón. Gracias a protocolos estandarizados y análisis compartidos, los investigadores pudieron integrar todos los datos en un solo recurso abierto, disponible para la comunidad científica.

Un comienzo, no un final

El IBL planea ampliar su investigación más allá de la toma de decisiones para explorar otras funciones cerebrales, manteniendo su modelo de ciencia abierta.
«El mapa cerebral es sin duda un logro impresionante, pero marca un comienzo, no el gran final», escribe Tatiana Engel, de Princeton. «El IBL ha demostrado que un equipo global de científicos puede superar lo que ningún laboratorio lograría en solitario».
El mapa cerebral ha sido posible gracias a una importante colaboración internacional entre neurocientíficos de diversas universidades de Europa y Estados Unidos. Lanzado oficialmente en 2017, el IBL introdujo un nuevo modelo de colaboración en neurociencia que utiliza un conjunto estandarizado de herramientas y canales de procesamiento de datos compartidos entre múltiples laboratorios, lo que garantiza la reproducibilidad de los datos. Este enfoque visionario, con el apoyo de Wellcome y la Fundación Simons, se inspira en colaboraciones a gran escala en física y biología, como el CERN y el Proyecto Genoma Humano.