Si bien los humanos han caminado sobre la Luna y enviado sondas por todo el sistema solar, nuestra comprensión de nuestro propio cerebro todavía es muy deficiente. No tenemos un conocimiento completo de cómo interactúan la estructura, las sustancias químicas y la conectividad del cerebro para producir nuestros pensamientos y comportamientos.

Pero esto no se debe a una falta de ambición. Han pasado casi ocho años desde el inicio del Human Brain Project (HBP) en Europa, que tiene como objetivo desentrañar los misterios del cerebro. Después de un comienzo difícil, el proyecto ha realizado descubrimientos e innovaciones sustanciales, relevantes para abordar los trastornos clínicos, así como los avances tecnológicos, y le quedan dos años más.

También ha creado EBRAINS, una infraestructura de investigación abierta basada en los avances científicos y las herramientas desarrolladas por los equipos de investigación del proyecto, y los pone a disposición de la comunidad científica a través de una plataforma digital compartida: un nuevo logro para la investigación colaborativa e instrumental en los logros enumerados a continuación.

 

1. Atlas del cerebro humano

El proyecto ha creado un atlas del cerebro humano multinivel único basado en varios aspectos de la organización del cerebro, incluida su estructura en la más pequeña de las escalas, su función y conectividad. Este atlas proporciona una gran cantidad de herramientas para visualizar datos y trabajar con ellos.

Los investigadores pueden extraer automáticamente datos del atlas usando una herramienta especial para ejecutar una simulación para modelar los cerebros de pacientes específicos. Esto puede ayudar a los médicos sobre la opción de tratamiento óptima.

 

2. Sinapsis en el hipocampo

Usando microscopia electrónica, una técnica para estudiar el tejido cerebral en resolución ultra alta, los investigadores han publicado mapas 3D detallados de alrededor de 25,000 sinapsis (señales eléctricas y químicas entre las células cerebrales) en el hipocampo humano. Esta región del cerebro está involucrada en la memoria, el aprendizaje y la navegación espacial, y es una de las primeras áreas que se daña en las primeras etapas de la enfermedad de Alzheimer.

El Proyecto Cerebro Humano es el primero en proporcionar una imagen detallada de la estructura sináptica en esta importante área del cerebro. Esto podría permitir una mejor comprensión de enfermedades como la demencia, así como ayudar en el desarrollo de modelos computacionales del cerebro.

 

3. Manos robóticas

Debido a su complejidad, la mano humana es una de las partes del cuerpo más difíciles de imitar. Si bien incluso los niños pequeños pueden recoger y manipular elementos, como una taza de agua, este ha sido un problema muy difícil para las manos de los robots. The Shadow Robot Company, que participa en Human Brain Project, diseña y desarrolla manos robóticas altamente diestras para imitar la mano humana lo más fielmente posible.

Uno de los inventos recientes de la compañía es la primera mano de telerobot táctil del. La mano robótica tiene 129 sensores y 24 articulaciones y tiene movimientos muy similares a los de las manos humanas. Esto permite el uso ideal de la fuerza y una manipulación de objetos mucho más fina que la de las manos robóticas anteriores.

Este invento será importante en prótesis, y también en la industria, incluida la fabricación, la exploración espacial, la medicina y el trabajo en entornos peligrosos en los que no querría usar sus manos reales, como los desechos nucleares y con sustancias biológicamente peligrosas. Los científicos de HBP y Shadowrobot trabajan juntos para dar a las manos robóticas una destreza aún más humana, con la ayuda de redes neuronales.

 

4. Un ordenador de inspiración neurológica

El cerebro humano comprende casi 100 mil millones de células cerebrales interconectadas, lo cual es parte de la razón por la que es tan difícil de modelar y comprender. La informática innovadora ha ayudado a mejorar nuestra comprensión al simular el intercambio de señales entre neuronas, pero incluso el mejor software que se ejecuta en las supercomputadoras más rápidas hasta la fecha solo puede simular el 1% del cerebro humano.

La arquitectura de red neuronal Spiking de un millón de núcleos de procesador o máquina «SpiNNaker» cuenta con 100 millones de transistores en cada uno de sus 30,000 chips. Uno de esos chips puede simular 16.000 neuronas y 8 millones de sinapsis en tiempo real. Esto es comparable o incluso mejor que el mejor software de supercomputadora de simulación cerebral utilizado actualmente para la investigación de señalización neuronal hasta el momento.

Pero esto es sólo el comienzo. El SpiNNaker no se comunica enviando grandes cantidades de información del punto A al B a través de una red estándar. En cambio, funciona más como el cerebro humano y envía miles de millones de pequeñas cantidades de información simultáneamente a miles de destinos diferentes, repensando por completo la forma en que funcionan las computadoras tradicionales.

El SpiNNakker tiene el potencial de superar los problemas de velocidad y consumo de energía de las supercomputadoras convencionales, algo que es muy necesario si queremos descifrar el enigma del cerebro humano. En última instancia, podría mejorar nuestra comprensión del procesamiento neuronal en el cerebro, incluido el aprendizaje y las enfermedades neurológicas como el Alzheimer.

 

5. Paciente epiléptico virtual

Otra aplicación importante de EBRAINS fue el desarrollo de un paciente epiléptico virtual (VEP). Este es un programa de computadora basado en modelos personalizados de redes cerebrales de pacientes individuales. Esto se logra mediante la integración de áreas de conectividad cerebral responsables de las convulsiones y lesiones de pacientes individuales, detectadas por resonancia magnética.

Actualmente, los médicos usan electroencefalograma (EEG), que proporciona un registro de la actividad cerebral y ayuda a identificar cuándo y dónde comienza una convulsión. Sin embargo, esta información por sí sola no le dice al médico todo lo que necesita para determinar el tipo de convulsión y tomar las mejores decisiones con respecto al tratamiento.

El modelo proporciona una predicción personalizada del impacto de un tratamiento quirúrgico para un determinado paciente. Luego, el cirujano puede evaluar el impacto de múltiples estrategias terapéuticas diferentes y determinar la mejor opción de tratamiento, con el resultado más exitoso. El programa está cerca de su lanzamiento comercial.

 

6. Producción científica

A partir de septiembre de 2021, 1497 artículos de revistas, muchos en revistas de alto impacto, citan el Proyecto Cerebro Humano. Por ejemplo, en 2018, los investigadores publicaron en Nature un trabajo impresionante sobre la neurotecnología que restaura la marcha en pacientes con lesión de la médula espinal. En 2020, un equipo publicó en Science el atlas más completo sobre la arquitectura celular del cerebro. En el mismo año, los investigadores también descubrieron un tipo específico de potenciales de acción en las células cerebrales conocidas como células piramidales y revelaron un importante mecanismo de memoria en el hipocampo.

Un objetivo clave en el futuro es desarrollar la «previsión», que es la práctica de mirar hacia el futuro para visualizar posibles desarrollos y cambios futuros. Con suerte, algún día superaremos el monumental desafío de comprender el cerebro humano y descubrir tratamientos novedosos para enfermedades neurológicas y trastornos psiquiátricos. Pero no será fácil; después de todo, es más difícil que la ciencia espacial.

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