Una nueva investigación explica cómo se pueden clasificar las formas de las neuronas utilizando métodos matemáticos del campo de la topología algebraica. Los neurocientíficos ahora pueden comenzar a construir un catálogo formal para todos los tipos de células en el cerebro. En este catálogo de células, pueden sistemáticamentemapear la función y el papel en la enfermedad de cada tipo de neurona en el cerebro.
"Durante casi 100 años, los científicos han estado tratando de nombrar las células. Las han estado describiendo de la misma manera que Darwin describió a los animales y los árboles. Ahora el Proyecto Cerebro Azul ha desarrollado un algoritmo matemático para clasificar objetivamente las formas de las neuronasen el cerebro ", explica el profesor Henry Markram, fundador y director de Blue Brain". Esto permitirá el desarrollo de una taxonomía estandarizada [clasificación de células en grupos distintos] de todas las células en el cerebro, lo que ayudará a los investigadores a comparar sus datos en unde manera más confiable "
El equipo, con la científica líder Lida Kanari, ha desarrollado un algoritmo para distinguir las diferentes formas del tipo más común de neurona en la neocorteza: las células piramidales. Las células piramidales son células distintivas en forma de árbol que constituyen el 80% delas neuronas en la neocorteza y, como las antenas, recolectan información de otras neuronas en el cerebro. Básicamente, son las secoyas de los bosques de árboles en el cerebro. Son excitatorias y envían ondas de actividad eléctrica a través de la red, como percibimos, actuar y sentir.
El padre de la neurociencia moderna, Ramón y Cajal, dibujó células piramidales por primera vez hace más de 100 años, observándolas con un microscopio. Sin embargo, hasta ahora, los científicos no han llegado a un consenso sobre los tipos de neuronas piramidales. Los anatomistas tienenha estado asignando nombres y debatiendo los diferentes tipos durante el siglo pasado, mientras que la neurociencia no ha podido determinar con certeza qué tipos de neuronas se caracterizan subjetivamente. Incluso para las neuronas visiblemente distinguibles, no hay un terreno común para definir consistentemente los tipos morfológicos.
Diecisiete tipos de células piramidales
El estudio de Blue Brain demuestra por primera vez que la clasificación objetiva de estas células piramidales es posible, mediante la aplicación de herramientas de la topología algebraica, la rama de las matemáticas que estudia la forma, la conectividad y el surgimiento de la estructura global a partir de restricciones locales.
Blue Brain ha sido pionero en el uso de la topología algebraica para abordar una amplia gama de problemas de neurociencia, y con este estudio ha demostrado una vez más su eficacia. En colaboración con los profesores Kathryn Hess en EPFL y Ran Levi de la Universidad de Aberdeen, Blue Braindesarrollaron un algoritmo, que luego utilizaron para clasificar objetivamente diecisiete tipos de células piramidales en la corteza somatosensorial de ratas. La clasificación topológica no requiere la participación de expertos, y se ha demostrado que es robusta.
La estructura de la mayoría de las neuronas se asemeja a un árbol complejo, con múltiples ramas que se conectan a otras neuronas y se comunican a través de señales eléctricas. Si mantenemos los componentes más largos persistentes de la estructura neuronal y descomponemos las ramas más pequeñas, podemos transformar su árbol-estructura similar en un código de barras: un objeto matemático que puede usarse como entrada para cualquier algoritmo de aprendizaje automático que clasifique las neuronas en grupos distintos.
"Especies" de células cerebrales
Cualquier proceso de clasificación de neuronas está plagado de esta pregunta: son dos células que se ven diferentes solo como parte de un continuo de diferencias que cambian gradualmente como diferentes "cepas" de una especie, por ejemplo, diferentes tipos de perros o son realmente "especies diferentes"¿de neuronas p. ej. perros, gatos, elefantes, etc.? En otras palabras, ¿son variaciones morfológicas discretas o continuas entre sí? Esto puede responderse utilizando la nueva clasificación topológica y agrupando las diferentes "especies" de células cerebrales, cada uno con sus propias "cepas" características
"El Blue Brain Project está reconstruyendo y simulando digitalmente el cerebro, y esta investigación proporciona una de las bases sólidas necesarias para unir todos los tipos de neuronas", explica Kanari. "Al eliminar la ambigüedad de los tipos celulares, el proceso deidentificar el tipo morfológico de nuevas células se automatizará completamente "
Este avance puede beneficiar a toda la comunidad de neurociencia, ya que proporcionará una comprensión más sofisticada de la taxonomía celular y un método comparativo confiable. La definición objetiva de los tipos morfológicos es un primer paso esencial hacia una mejor comprensión de los componentes básicos del cerebro: cómo se relaciona su estructura con su función y cómo se conectan las propiedades locales de las neuronas a sus proyecciones de largo alcance. Este método proporciona un descriptor universal de los árboles, lo que significa que puede usarse para la descripción coherente de todos los tipos de células en elcerebro, incluidas las neuronas de todas las regiones del cerebro y las células gliales.
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Materiales proporcionados por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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