SALUD Y MEDICINA


Mapean en 3D el cerebro del ratón

08/05/2020

CATEGORíA: Laboratorio científico



Tras tres años de trabajo, el nuevo atlas, en alta resolución, permitirá ofrecer un contexto más amplio de hallazgos para la neurociencia. El complejo terreno cartografiado tiene solo media pulgada de largo y pesa menos que una gominola.


En un artículo publicado en la revista Cell, los creadores de mapas del Instituto Allen describen esta hazaña cartográfica: la tercera iteración del Marco común de coordenadas del cerebro del ratón Allen, o CCFv3, un atlas 3D completo de alta resolución del cerebro del ratón.

 

El marco pretende ser un punto de referencia para la comunidad de la neurociencia, afirman sus creadores. Los ratones son ampliamente utilizados en la investigación biomédica. Sus cerebros contienen aproximadamente 100 millones de células cada una en cientos de regiones diferentes. A medida que los conjuntos de datos de neurociencia se hacen más grandes y complejos, un mapa espacial común del cerebro se vuelve más crítico, al igual que la capacidad de registrar conjuntamente con precisión muchos tipos diferentes de datos en un espacio 3D común para comparar y correlacionar.

 

Piense en ello como el equivalente en neurociencia del GPS de su teléfono. En lugar de buscar manualmente su ubicación en un mapa de papel basado en lo que ve a su alrededor, el GPS (y el nuevo atlas cerebral) le dice dónde se encuentra. Con conjuntos de datos en miles o millones de diferentes piezas de información, ese conjunto común de coordenadas, y la identificación de los puntos de referencia cerebrales correspondientes para esas coordenadas, es crucial.

 

En los viejos tiempos, las personas definían diferentes regiones del cerebro a simple vista. A medida que obtenemos más y más datos, esa curación manual ya no escala", afirma Lydia Ng, directora senior de Tecnología en el Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro, una división del Instituto Allen, y una de los principales autores de este trabajo junto con Julie Harris, directora asociada de Neuroanatomía en el Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro. "Así como tenemos una secuencia de genoma de referencia, se necesita una anatomía de referencia".

 

Investigadores del Instituto Allen construyeron un mapa detallado del cerebro del ratón a partir de pequeños bloques virtuales en 3D, o vóxeles. Ilustración de Benedicte Rossi.

 

 

Permitir estudios de cerebro completo

El CCFv3 de todo el cerebro se basa en una versión parcial lanzada en 2016 que mapeó toda la corteza del ratón, la capa más externa del cerebro. Las versiones anteriores del atlas eran mapas 3D de menor resolución, mientras que la resolución de CCFv3 es lo suficientemente buena como para poder localizar las ubicaciones de las celdas individuales. El último atlas de cerebro completo ha estado disponible abiertamente para la comunidad desde finales de 2017, y varios equipos diferentes de neurociencia ya lo han puesto en uso.

 

Nick Steinmetz, profesor asistente en la Universidad de Washington y líder de la próxima generación del Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro, utilizó el atlas en un estudio reciente que analizó la actividad neuronal a medida que los ratones eligen entre diferentes imágenes que ven en un laboratorio. prueba. El estudio utilizó Neuropixels, pequeñas sondas eléctricas que pueden capturar la actividad de cientos de neuronas a la vez en varias regiones cerebrales diferentes.

 

Mientras analizaban sus datos, quedó claro que más partes del cerebro estaban involucradas en esta elección visual de lo que se daban cuenta previamente, dijo Steinmetz. Tendrían que tomar una vista panorámica, y el CCFv3 les ayudó a ver todos sus resultados juntos.

 

"El atlas era un recurso realmente necesario que permitía la idea de hacer estudios a nivel cerebral", dijo Steinmetz. "Cuando estás grabando desde cientos de sitios en todo el cerebro, eso introduce una nueva escala de investigación. Debe tener una vista más amplia de dónde están todos los sitios de grabación, y el CCF es lo que lo hizo posible ”.

 

© www.alleninstitute.org

 

Un atlas en evolución

Para crear el atlas, los investigadores dividieron el cerebro en pequeños bloques virtuales en 3D, conocidos como vóxeles, y asignaron a cada bloque una coordenada única. Los datos que alimentaron esa construcción 3D provienen de la anatomía cerebral promedio de casi 1,700 animales diferentes. Luego, el equipo asignó cada uno de esos vóxeles a una de cientos de diferentes regiones conocidas del cerebro del ratón, dibujando límites cuidadosos entre distintas áreas. Los conjuntos de datos que alimentaron estos dos aspectos del atlas provienen de varios tipos diferentes de experimentos realizados en el Instituto Allen en los últimos años: la columna vertebral del atlas de diferentes tipos de datos lo hace único entre los atlas cerebrales de referencia, dijeron los investigadores.

 

Históricamente, los atlas cerebrales se dibujaban en 2D, tomando vistas en forma de hoja del cerebro a diferentes profundidades y alineándolos. Para algunos tipos de datos, esta forma de mapeo cerebral funciona bien. Pero para los estudios modernos de neurociencia que analizan la actividad neuronal o las características celulares en todo el cerebro, un atlas 3D brinda un mejor contexto.

 

Los investigadores dijeron que las futuras versiones del atlas probablemente dependerán del aprendizaje automático u otras formas de automatización, en lugar de la laboriosa curación manual que se incluyó en la versión actual.

 

"Como sabemos ahora, los atlas deberían evolucionar y ser recursos vivos, porque a medida que aprendamos más sobre cómo está organizado el cerebro, tendremos que hacer actualizaciones", dijo Harris. "La construcción de atlas de forma automática e imparcial es donde el campo probablemente se está moviendo".

 

Fuente: www.alleninstitute.org

 

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