Eyewire: Juega colaborando con la neurociencia

La arquitectura celular del cerebro es increiblemente compleja. Se estima que posee unas 100 mil millones de neuronas, con una media de 7.000 sinapsis cada una (algunas pueden llegar a tener hasta 100.000 sinapsis), y todas diferenciadas a escalas mínimas, con hendiduras sinápticas de 20 nm y cuerpos celulares entre 5 y 130 µm. (Algunos axones sí que llegan a ser enormes, si). Una red laberíntica de entre 150.000 y 180.000 km (¡!) de neuronas por cuyos caminos es fácil perderse.

A este entramado se le ha denominado conectoma. Al igual que el genoma aglutina la información y el diseño de nuestra carga genética con las conexiones de nuestro DNA de forma particular, el conectoma incluye todas nuestras conexiones... neuronales. Los doctores Olaf Sporns y Patric Hagmann sugirieron por primera vez en 2005^{1, 2} el término conectoma para nombrar al mapa completo de la red neuronal y sus conexiones que modela nuestro cerebro, y que permitiría comprender la organización y función de las interacciones neuronales dentro del mismo (fundamentalmente de la sustancia blanca) y cómo se integran entre ellas. Observable en 3 niveles distintos, microscale (neuronas únicas con sus sinapsis), macroscale (regiones cerebrales y vías neuronales completas) y mesoscale (subdivisiones y subregiones más pequeñas), es tremendamente variable entre individuos a todos estos niveles. Muchos investigadores creen que sería muy interesante tener un conectoma completo del cerebro de una persona sana, para compararlo después en personas con enfermedades y trastornos como Alzheimer, esquizofrenia, esclerosis múltiple, autismo, etc. El Proyecto Conectoma Humano, financiado por los Institutos Nacionales de Salud norteamiercanos, ya está trabajando en ello, con técnicas de escáner como la resonancia magnética y magnetoencefalografía. Tal vez no sea un conectoma tan específico y detallo como quisieran algunos, pero seguro que proporciona información muy valiosa, que en el futuro podría refinarse y hacerse más precisa.

¿Ambicioso? Tal vez. Pero no imposible. El profesor Sebastian Seung, desde el MIT está decidido a ir más allá. Junto con su equipo, busca desarrollar y aplicar programas informáticos que puedan mapear, neurona a neurona, todo un conectoma. Algo que de hecho ya se consiguió, a un nivel mucho más simple: el premio Nobel Sydney Brenner describió el conectoma del nematodo Caenorhabditis elegans, un bicho muy majo que sólo tiene 302 neuronas (y de las cuales sólo hicieron falta una docena de años para identificar las 7.000 sinapsis que forman). Seung por ahora se centrará en el pequeño cerebro de un ratón (imaginad la diferencia de trabajo si lo comparamos con el pobre C. elegans).

La clave está en conseguir un sistema rápido, muy rápido, que permita identificar y mapear todos los elementos del conectoma. Clásicamente se llevaba a cabo mediante cortes histológicos muy finos y el uso de un microscopio electrónico de barrido. Bajando corte a corte conseguimos una imagen 3D. Parece un proceso lento, pero lo cierto es que se ha avanzado mucho en este aspecto, y el Serial Block Face Scanning Electron Microscopy (una versión mejorada para esta función) permite obtener hasta 1 terabyte de información desde un milímetro cúbico de tejido cerebral.

El profesor Seung, viendo la posibilidades de este sistema, ha propuesto mapear el conectoma de la retina. Conocemos desde hace mucho los tipos celulares que la forman (fotorreceptores, amacrinas, bipolares, horizontales y ganglionares), pero apenas sabemos sobre cómo, exactamente, la percepción de la visión se estructura "neuronalmente" hacia el cerebro. Dividimos las células ganglionares de la retina en dos tipos diferentes dependiendo de su campo receptivo (Células centro-ON y células centro-OFF, que se activan o no dependiendo de dónde incide la luz sobre el campo receptivo).  Recordemos que el campo receptivo de una neurona en particular es determinado normalmente como un área en la que la presencia de un estímulo alterará la actividad de esa neurona (ON-OFF), cuya entrada en el caso de la visión está en los fotorreceptores conos y bastones, y que las células ganglionares se encargan de transmitir con un largo axón hasta el cerebro.

Esto, en realidad, es una simplificación. Hay más tipos de células ganglionares en la retina (los investigadores estiman que hay entre 50 y 60 diferentes, nada menos). Todas con una forma y función algo distinta. Y además, con patrones de conexión entre ellas también diferentes. En el Instituto Max Planck, en Heildelberg (Alemania), utilizando dos técnicas de imagen, la microscopía de excitación de dos fotones y microscopía electrónica serial de barrido block-face (SBEM, antes nombrada), obtuvieron imágenes de la conectividad neuronal de la retina de un ratón, buscando identificar la diversidad de células ganglionares. Pero resulta que existe un ''pequeño'' problema: las imágenes son muy difíciles de analizar. Los algoritmos actuales son incapaces de sustituir el trabajo humano de identificar las convergencias neuronales con un porcentaje de aciertos razonbles. Sin embargo, aún continúan mejorándolos para hacerlos más precisos, mientras tanto se sigue necesitando trabajo manual.

Y así nace EyeWire. Diseñado como si fuera un videojuego (se obtienen puntos al ir identificando el trazado de neuronas, cubo a cubo, de cortes de retina) y todavía en fase beta, Eyewire permite que te hagas una cuenta (gratuita, por supuesto), te conectes a su base de datos y te dediques a ayudar rellenando los huecos que los super-ordenadores del Instituto Max Planck se han ido dejando por el camino, dándole forma a una reconstrucción tridimensional de las neuronas del conectoma retiniano, con sus correspondientes conexiones. El programa detecta automáticamente las neuronas, pero es indispensable la participación del jugador humano para identificar el resto de las conexiones.

El equipo de Seung se ha puesto como primer objetivo identificar, fundamentalmente, un tipo de célula ganglionar en concreto, las J-Cells. Un trabajo que sería imposible (si solo dependiense de los neurocientíficos, tardaríamos siglos debido al enorme volumen de información a analizar) sin la desinteresada colaboración de los numerosos internautas apasionados de la neurociencia que compiten por ver quién es el que consigue reunir más puntos identificando correctamente el recorrido de las neuronas. Ya han anunciado que los resultados, si se publicasen, incluirán a los jugadores de EyeWire como co-autores. ¡Es vuestra primera oportunidad para publicar algo en Nature! Y advierto que es tremendamente adictivo cuando tienes tiempo libre y buena música sonando de fondo. Yo ya llevo 1.500 puntos. ¿Cuántos habría conseguido el doctor Santiago Ramón y Cajal?

 Buscando y completando el trazado de neuronas en Eyewire

En definitiva, EyeWire es un proyecto fascinante,  un auténtico "crowd-sourcing" que no exige ningún conocimiento especial del tema (el tutorial puede hacerlo cualquiera, es muy intuitivo y simple) que sentará bases sólidas sobre las que trabajar y desarrollar nuevos sistemas para que en un futuro, tal vez no muy lejano, podamos tener un conectoma del cerebro humano, neurona a neurona, sinapsis a sinapsis, al completo.

| Juega a EyeWire. ¡Pruébalo!