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JAVIER DEFELIPE / NEUROBIÓLOGO Y PROFESOR DE INVESTIGACIÓN DEL INSTITUTO CAJAL (CSIC)

'El estudio del cerebro es muy complejo. Cada vez que abres una puerta hay un pasillo con otras más'

El proyecto Cajal Blue Brain, que lidera en España Javier DeFelipe, está dedicado a mapear el cerebro y es el primer intento exhaustivo de ingeniería inversa para conocer el funcionamiento y las disfunciones de este órgano, desde los roedores hasta los humanos

Cristina Villanueva 08-11-2021

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PREGUNTA.- Usted sostiene desde hace tiempo que el cerebro y el universo guardan parecidos asombrosos, y así lo ha demostrado una investigación reciente. ¿Qué avance aporta esta teoría en el conocimiento de determinadas enfermedades neurológicas?

RESPUESTA.- Si hacemos una simulación del cerebro, las galaxias están unidas pro una especie de “filamentos” gravitacionales que parecen las conexiones de las neuronas, pero esto es algo metafórico, dentro del ámbito artístico. La densidad y distribución de las neuronas del cerebro es tal que forman verdaderos bosques que han servido como una fuente inagotable de inspiración artística y poética para muchos científicos Una placa de Alzheimer se parece a una nebulosa.
Hay un parecido muy grande entre la naturaleza y el cerebro. Hace tres o cuatro años, estaba dando una vuelta por la granja, era otoño, y vi que los troncos de los árboles y sus ramas principales tenían un mismo patrón. y esto me inspiró para hacer un estudio sobre la estructura de las neuronas y descubrimos que las neuronas también presentaban unos patrones geométricos similares a los árboles.
También utilizamos la música para estudiar la distribución de las espinas de las dendritas.
Las espinas dendríticas son como las de un rosal, y tienen importancia porque forman la mayor parte de las conexiones del cerebro. Se ha visto que en la enfermedad de Alzheimer, por ejemplo, esas espinas van desapareciendo gradualmente y esto se asocia a la pérdida de memoria. Con el proyecto Cajal Blue Brain, utilizamos modelos para entender los datos estructurales y funcionales que obtenemos con herramientas sofisticadas. Pero saber cómo se distribuyen las espinas no es fácil, por eso se nos ocurrió poner música a las espinas, asignando a cada una notas musicales e instrumentos. Al final, se genera una partitura a la que aplicamos modelos matemáticos para explicar como se ha formado esa partitura.
Si interpretas la música se puede “escuchar” cómo funcionan las neuronas del cerebro de la persona a la que pertenece esa partitura.

P.- Una de las aportaciones del proyecto Cajal Blue Brain es la recreación 3D de una columna cortical y las conexiones sinápticas entre las neuronas. ¿Cómo les permitió esto avanzar en la investigación?

R.- Disponemos de un microscopio especial  que se llama FIB/SEM Deep  que nos permite obtener imágenes 3D de las sinapsis del cerebro. Con ella pudimos recrear en tres dimensiones las sinapsis en una parte concreta del cerebro…. antes esto era prácticamente imposible hacerlo. Pero a continuación hay que desarrollar un software que te permita analizar esas imágenes y crear un algoritmo para interpretar los datos. Todo esto supone un avance tecnológico. Así desarrollamos una herramienta informática llamada Espina.
Todo esto permite recrear los circuitos del cerebro a gran detalle. Y después, cuando tienes esa simulación, elaboramos diversos modelos. Por ejemplo, qué ocurre en un cerebro cuando envejece. Si ya tenemos un circuito detallado, incluyendo las espinas dendríticas, podríamos estudiar cómo afecta funcionalmente la pérdida progresiva de esas espinas. Todo ello nos ayuda a entender mejor las consecuencias del envejecimiento. Hacer experimentos en humanos es imposible. Por eso, las simulaciones realistas de los circuitos representan una herramienta muy útil.

P.- ¿Qué otros descubrimientos sorprendentes han salido del proyecto Cajal Blue Brain?

R.- El estudio del cerebro es muy complejo. Cada vez que abres una puerta hay un pasillo con muchas más. Desde Cajal hasta nuestros días ha habido un avance exponencial, pero queda mucho camino por delante. Por ejemplo, sabemos muy poco sobre cómo se conectan los distintos tipos de neuronas entre si. Conocemos mejor el cerebro de un ratón, pero el cerebro humano no es igual, tenemos células y estructuras que son únicas en el ser humano. 
Por eso, todavía es necesario seguir potenciando la investigación del cerebro humano
Nosotros, ahora, estamos estudiando por primera vez los mapas sinápticos del hipocampo humano. Hasta el año pasado no se había hecho nunca. Esto nos sirve para que, cuando lo comparamos con el de una persona con Alzheimer (u otra enfermedad neurológica), vemos, por ejemplo, que el tamaño de la sinapsis no cambia, solo varía la densidad y otras características. De esta forma, vamos entendiendo cómo se altera. En mi laboratorio estamos trabajando con distintas partes del cerebro o áreas corticales para saber si las características de las conexiones sinápticas son iguales o difieren en las distintas regiones.

P.- ¿Cuál cree que será el futuro de la enfermedad de Alzheimer? 

R.- Estoy convencido que algún día sabrá cómo se origina y se va a poder atajar la enfermedad. Actualmente, ya se está consiguiendo retrasar su aparición o su avance. Y algún día, cuando sepamos mucho más sobre cómo se deposita el beta amiloide y el tau, avanzaremos más.
Una teoría que estamos estudiando ahora es que, como hay personas jóvenes en la que ya empieza a aparecer el tau, –aunque no tiene las características que presenta cuando aparecen en el anciano–, es posible que ese tau aparezca al principio para proteger la actividad de algunos circuitos, pero más tarde estas neuronas, por razones desconocidas, degeneran. Por lo tanto, si supiéramos el mecanismo de esta transformación, iríamos avanzando en el tratamiento de la enfermedad, porque podríamos centrarnos en evitar que ese tau que aparece en el cerebro joven se convierta en otro más patológico con el paso de los años. 



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