La iniciativa colaborativa de neuroimagen BrainChart está ayudando a mapear cómo cambia el cerebro a lo largo de la vida.

Los pediatras han utilizado las tablas de crecimiento como herramientas de referencia durante décadas. Los gráficos permiten a los profesionales de la salud registrar y medir la altura y el peso de un niño desde el nacimiento hasta la edad adulta. Los valores percentiles que brindan, especialmente en múltiples visitas, ayudan a los médicos a detectar afecciones como la obesidad o el crecimiento insuficiente que se encuentran en los extremos de estos valores.

Ahora es posible medir el desarrollo del cerebro utilizando métodos de imagen como el ultrasonido, la resonancia magnética nuclear (RMN) y la tomografía computarizada (TC). El desarrollo de estas tecnologías ha impulsado una gran cantidad de investigaciones sobre cómo cambia el cerebro, y cada año se realizan millones de exploraciones cerebrales clínicas en todo el mundo. A pesar de estos avances, existen pocas medidas utilizadas para monitorear el desarrollo del cerebro. ¿Por qué?

A diferencia de las tablas de crecimiento tradicionales, la cuantificación del desarrollo y el envejecimiento del cerebro enfrenta una variedad de obstáculos técnicos. En pocas palabras, no existe una cinta métrica para el cerebro. Esto hace que sea difícil estandarizar las medidas en diferentes estudios. El costo y la complejidad de obtener escáneres cerebrales significa que los datos disponibles para crear gráficos de referencia para un solo estudio son limitados.

Se intentó abordar este problema agrupando los datos de la combinación más amplia posible de estudios existentes. Contactamos a muchos investigadores para ver si estarían dispuestos a contribuir con estos mapas de referencia. Como se puede ver en nuestro gran conjunto de datos, estas solicitudes se recibieron con un entusiasmo abrumador. Esto ha pasado de ser un proyecto de base a una colaboración global que abarca seis continentes y docenas de instituciones, cuyos resultados acaban de publicarse en la revista Nature.

hitos

La gran cantidad de datos que combinamos nos permitió crear una serie de gráficos de referencia para una variedad de rasgos cerebrales a lo largo de la vida. Esto nos permitió mapear con precisión el momento de los hitos en el desarrollo y el envejecimiento del cerebro. Estos incluyeron:

• El volumen de materia gris (células cerebrales) aumenta rápidamente desde la mitad del embarazo y alcanza su punto máximo justo antes de los seis años. Luego comienza a disminuir lentamente.
• El volumen de materia blanca (conexiones cerebrales) también aumentó rápidamente desde la mitad del embarazo hasta la primera infancia, alcanzando su punto máximo justo antes de los 29 años.
• La disminución del volumen de la materia blanca comienza a acelerarse después de los 50 años.
• El volumen de materia gris en la subcorteza (que controla las funciones corporales y el comportamiento básico) alcanza su punto máximo en la adolescencia a los 14,5 años.

Nuestros datos también incluyen una variedad de individuos con diferentes diagnósticos clínicos. Ahora que podemos ver cómo se desempeña una persona en comparación con otras personas de la misma edad y sexo, esta variabilidad nos permitió examinar las diferencias entre grupos de personas. Por ejemplo, como era de esperar, las personas con enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer tendían a tener niveles bajos de materia gris y volumen de materia blanca, los tipos más comunes de tejido cerebral.

Más allá de las comparaciones a nivel de grupo, estos gráficos de referencia permitirán que las investigaciones futuras comparen individuos en relación con una población. Esperamos que esto resulte en mediciones relevantes y adaptadas individualmente. Este avance es particularmente importante en el contexto de las enfermedades mentales, lo que significa que las personas pueden compartir una etiqueta de diagnóstico común a pesar de las diferencias en sus síntomas y posiblemente la causa de su condición. En última instancia, los médicos deben tratar a individuos, no a grupos, por lo que necesitan herramientas que proporcionen información personalizada.

Enorme esfuerzo comunitario

Aunque términos como «grandes datos» o «ciencia abierta» se aplican a nuestro estudio, pueden pasar por alto algunos de los matices de los procesos de colaboración que hicieron posible este proyecto. En particular, algunos conjuntos de datos requieren un respaldo legal significativo para el intercambio de datos entre instituciones, mientras que otros pueden compartirse y descargarse de un sitio web público. De manera similar, algunos investigadores tienen una amplia experiencia o trabajan en instituciones que reciben financiamiento para organizar sus datos en recursos abiertos y fáciles de usar.

Para otros, sin embargo, compartir datos puede ser un proceso que requiere mucho tiempo y recursos. Quizás lo más crítico es que hay muchos lugares potenciales para compartir los escáneres cerebrales, cada uno de los cuales requiere diferentes niveles de curación. Todo esto crea una gran carga para el usuario cuando intenta fusionar varios registros.

Algunos consorcios no pudieron participar en nuestro proyecto debido a requisitos de autoría desproporcionados o restricciones sobre lo que se puede o no examinar con sus datos. Estas son consideraciones importantes a medida que nosotros, como investigadores académicos, trabajamos hacia una ciencia más abierta y colaborativa. Este trabajo no sería posible sin el espíritu de equipo colectivo de nuestros colaboradores existentes y miembros de la comunidad científica que nos rodea.

El futuro

Todavía queda un largo camino por recorrer antes de que estos diagramas cerebrales puedan ser utilizados como herramientas de referencia por parte de los profesionales de la salud. El conjunto de datos subyacente incluye tanto estudios en curso como aquellos que comenzaron en 1990, cuando las máquinas de resonancia magnética estaban en algunos lugares del mundo. De esta manera, los diagramas cerebrales se pueden actualizar, ampliar y refinar constantemente.

A medida que los conjuntos de datos más grandes se conviertan en la norma, esperamos que nuestros gráficos de referencia sean más completos y representativos. A medida que el escaneo cerebral se vuelve más barato y cada vez más accesible (incluso portátil), esperamos que nuestros mapas cerebrales permitan más estándares cuantitativos y respalden los descubrimientos neurocientíficos para igualar estos emocionantes avances tecnológicos.

Cuando el escaneo cerebral algún día se convierta en una parte normal de la práctica pediátrica, esperamos estar listos con los métodos y las herramientas necesarias para brindar información significativa a los pacientes y sus familias.

– Ricardo BelénDirector de Neuroimagen del Centro de Investigación del Autismo e Investigador Asociado de la Unidad de Mapeo Cerebral de la Universidad de Cambridge y jacob seidlitz, investigador postdoctoral en el Lifespan Brain Institute de UPenn. Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation.