Una búsqueda para analizar las características únicas de los cerebros humanos individuales evolucionó en el llamado Midnight Scan Club, un grupo de científicos que tenía grandes ideas pero casi nada de fondos y poco tiempo para investigar los billones de conexiones neuronales que activan más el cuerpo.órgano poderoso.
El grupo de investigación comenzó en 2013 por dos neurocientíficos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis que tenían como objetivo recopilar una gran cantidad de datos sobre cerebros individuales. Los sujetos del estudio fueron los propios científicos y otros ocho, todos docentes o graduadosestudiantes
La mayoría de los esfuerzos para analizar conexiones implican escanear muchos cerebros y promediar los datos entre grupos de personas. Para este estudio, los investigadores utilizaron técnicas de imágenes cerebrales para evaluar las redes cerebrales que controlan el habla y la función motora, entre otras actividades. Los investigadores examinaron individuosmientras descansa y realiza tareas cognitivas como leer.
Su objetivo era comprender mejor el funcionamiento interno de los cerebros de las personas individuales mediante la recopilación de horas y horas de datos recopilados sobre 10 adultos, un grupo de sujetos de estudio que incluía a dos de los propios investigadores. Su trabajo condujo a 10 de alta fidelidad, conectomas específicos de cada individuo: mapas detallados de las conexiones cerebrales neuronales que revelan la variabilidad espacial y organizativa en las redes cerebrales, y que algún día pueden ser útiles para determinar tratamientos personalizados para los trastornos relacionados con el cerebro.
La investigación se publica en línea el 27 de julio en la revista neurona y aparecerá en la portada de la edición impresa del 16 de agosto de la revista. El conjunto de datos está disponible como un recurso para los neurocientíficos para que puedan obtener la información para futuros descubrimientos sobre los circuitos cerebrales.
"Utilizando este enfoque, algún día podríamos obtener mapas de la función cerebral de los pacientes e individualizar tratamientos neuropsiquiátricos y médicos basados en características específicas de sus redes cerebrales", dijo Nico Dosenbach, MD, PhD, profesor asistente de pediatríay neurología del desarrollo en la Facultad de Medicina ". Nos gustaría poder proporcionar medicina personalizada mediante neuroimagen para tratar a personas con convulsiones, migrañas y depresión".
"Esto también es emocionante para la neurociencia básica porque estos mapas individuales se ven bastante diferentes de los mapas grupales estándar disponibles actualmente", dijo Dosenbach. "Aprendimos que el promedio espacial destruye todas las características finas de nuestra organización cerebral, algo así comoqué sucede cuando promedias fotos de los rostros de varias personas. Todo se vuelve borroso y con manchas "
En los últimos 25 años, los neurólogos han promediado los datos de resonancia magnética en grupos de personas como una forma de aproximar la organización del cerebro humano.
"Queríamos adoptar un enfoque diferente", explicó Dosenbach, quien también trata a pacientes en el St. Louis Children's Hospital. "Promediar los datos cerebrales de muchas personas ha permitido a los científicos aprender mucho sobre la función cerebral. Pero compilar datos sobre un individuonivel invita a oportunidades para la precisión. El objetivo es encontrar variaciones individuales que puedan desempeñar un papel en las enfermedades neurológicas, desde migrañas hasta Alzheimer y lesiones cerebrales ".
Dosenbach y sus colegas recolectaron imágenes de resonancia magnética de 10 individuos y analizaron cómo funcionan las células nerviosas en cerebros individuales. Usaron dos tipos de imágenes de resonancia magnética: resonancia magnética funcional, que señala las partes del cerebro más activas durante actividades cognitivas específicas; y descansando-estable conectividad funcional, para explorar conexiones neuronales mientras el cerebro no participa activamente en una tarea.
Sin embargo, obtener tales imágenes presentaba desafíos, entre ellos, encontrar voluntarios comprometidos para someterse a horas de imágenes cerebrales desagradables y ruidosas, y encontrar una forma de evitar la alta demanda y el costo de las máquinas de MRI para la investigación.
"El principal inconveniente de obtener grandes cantidades de datos de imágenes por persona es su gran costo", dijo Dosenbach. "Y como nuevo miembro de la facultad, tenía muy pocos fondos. Además, el escáner estaba reservado principalmente durante todo el día, todos los días."
Sin inmutarse, Dosenbach y su socio de investigación, Steve Nelson, PhD, entonces científico investigador en psicología de la Universidad de Washington, hicieron una lluvia de ideas durante semanas antes de que Nelson descubriera que la tarifa de uno de los escáneres de investigación de la universidad, que en ese momento era de aproximadamente $ 600 porhora, se redujo en un 90 por ciento después de la medianoche.
"Nuestro lema se convirtió en 'Carpe noctem' o 'Aprovecha la noche'", dijo Dosenbach.
Como miembros fundadores del Midnight Scan Club, Dosenbach y Nelson, ahora director de neuroimagen del Departamento de Asuntos de Veteranos de EE. UU. En Waco, Texas, y profesor asistente de investigación en la Universidad de Baylor en Waco y la Universidad de Texas en Dallas -- primero escanearon sus cerebros, sometiéndose a 12 sesiones nocturnas de dos horas.
Luego, los dos reclutaron a ocho voluntarios: estudiantes graduados de ambos sexos y docentes de nivel junior de entre 20 y 30 años.
"El estudio no fue fácil", dijo Dosenbach. "Ya estábamos estirados profesionalmente, y la experiencia de resonancia magnética fue desagradable y fue difícil permanecer despierto. Y también tuvimos vidas personales. En ese momento, teníaun niño pequeño, y mi esposa estaba embarazada de siete meses. Fue un gran sacrificio para ella tenerme fuera durante gran parte del día y la noche, y luego dormir la siesta cuando estaba en casa ".
Sin embargo, la estrategia resultó ser económica, con un costo total de $ 12,000 en lugar de aproximadamente $ 125,000 si hubieran realizado los escaneos durante el día.
Su análisis, dirigido por el primer autor Evan Moss Gordon, PhD, investigador del Departamento de Asuntos de Veteranos de EE. UU. En Waco, y Timothy O. Laumann, MD, PhD, residente en psiquiatría en el Hospital Judío Barnes - revelóvarias variaciones en la organización del cerebro entre el grupo. Por ejemplo, en la mayoría de los individuos, toda la red cerebral forma un bucle gigante; sin embargo, en dos de los participantes del estudio, incluido Dosenbach, el cerebro en su conjunto mostró más conexiones lineales.
"¿Qué significa que mi cerebro es diferente?", Preguntó. "No sé, sin embargo, generalmente se cree que una red circular aumenta la eficiencia del procesamiento de la información".
Comparó el escenario con dos conductores que eligen diferentes rutas hacia el mismo destino. Uno salta en la autopista y llega rápidamente; el otro serpentea por las calles laterales. Ambos llegan al mismo lugar a pesar de los diferentes métodos y plazos.
"En el trabajo futuro con tamaños de muestra más grandes, esperamos aclarar qué variaciones en las conexiones neuronales afectan el comportamiento y cuáles no", dijo Dosenbach.
El conjunto de datos también puede ayudar a los neurólogos a comprender y tratar los trastornos cerebrales como las convulsiones, dijo Dosenbach. "Si recopilamos más datos de mayor calidad por sujeto, podemos hacer mapas precisos de la arquitectura funcional del cerebro de cada persona", dijo.Para mí, ese es el primer paso hacia el uso de esos mapas para guiarnos en el cuidado de pacientes neurológicos y psiquiátricos. Nuestra pequeña muestra no es diversa, pero los datos ya han sugerido varias variaciones. Esto puede ser importante para comprender por qué las personas responden de manera única a diferentestratamientos farmacológicos "
El proyecto se inspiró, en parte, en el Proyecto Human Connectome, un esfuerzo global centrado en el mapeo de los circuitos del cerebro humano a través de la neuroimagen y el intercambio de datos. La Universidad de Washington ha codirigido el proyecto desde 2010, cuando los Institutos Nacionales de Salud NIH nombró a la universidad co-líder en la supervisión de $ 30 millones a un consorcio de investigación para cumplir con la subvención.
Dosenbach también dijo que se inspiró en Russell Poldrack, PhD, un destacado neurocientífico y psicólogo en la Universidad de Stanford. "Russ fue el primero en escanearse dos veces por semana durante casi 18 meses", dijo Dosenbach. "Admiramos su enfoque y nosotrosquería ampliarlo
"Ya hemos tenido otros grupos de investigación que expresan interés en imitar nuestros métodos de recopilación de datos, y otros grupos de investigación quieren colaborar en el análisis de los datos", dijo. "Para mí, este es un cambio de paradigma en el campo deneuroimagen. Estoy emocionado de ver a dónde nos llevará esto en nuestra búsqueda para descubrir los misterios del cerebro humano ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de medicina de la Universidad de Washington . Original escrito por Kristina Sauerwein. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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