Cartografiar el centro de control oculto del cerebro
Durante más de un siglo, los neurocientíficos han estudiado el cerebro humano de forma parecida a como los primeros cartógrafos trazaban mapas de tierras desconocidas: reconstruyendo un vasto territorio a partir de observaciones dispersas. Incluso hoy, un patólogo que diagnostica la enfermedad de Alzheimer suele examinar solo unas pocas muestras de tejido de un órgano que contiene alrededor de 86.000 millones de neuronas. Esa pequeña ventana deja sin observar gran parte del cerebro.
Contenido
- Cartografiar el centro de control oculto del cerebro
- Por qué el tronco encefálico sigue siendo la última frontera de la neurociencia
- La creación de ANCHOR: de 500 cortes a un atlas digital
- Un puente entre las imágenes de todo el cerebro y las células individuales
- De la enfermedad de Parkinson al accidente cerebrovascular: qué podría revelar ANCHOR
- Ciencia abierta, colaboración mundial y presentación en los BRICS
- La misión más amplia: cartografiar 100 cerebros a lo largo de la vida y en distintas enfermedades
- Lo esencial
Los científicos del Sudha Gopalakrishnan Brain Centre (SGBC), del Instituto Indio de Tecnología de Madras (IIT-M), creen haber dado un paso importante para cerrar esa brecha. Han creado lo que describen como el atlas 3D del tronco encefálico humano más detallado del mundo, con resolución celular. Llamado ANCHOR, sigla en inglés de Atlas de caracterización neuroquímica del tronco encefálico humano con reconstrucción 3D, este mapa digital permite a los investigadores pasar de las imágenes por resonancia magnética de todo el cerebro a las neuronas individuales, sin perder la ubicación exacta de cada estructura.
El atlas reúne más de 500 secciones de tejido de cerebros fetales, infantiles y adultos. Ocho marcadores químicos, conocidos como inmunotinciones, ayudan a distinguir distintos tipos de células neuroquímicas. El resultado identifica más de 200 grupos de células cerebrales y vías nerviosas en el tronco encefálico. A diferencia de los atlas moleculares más costosos, ANCHOR se basa en imágenes de microscopía de alta resolución, lo que hace que la cartografía detallada a resolución celular sea más asequible y fácil de ampliar.
El proyecto se presentó durante el tercer Simposio de Neurociencia de los BRICS de 2026, celebrado en el IIT de Madras y al que asistieron autoridades gubernamentales, representantes del ámbito académico y organizaciones filantrópicas. La presentación marcó tanto un hito científico como el creciente papel de India en la neurociencia mundial.
Por qué el tronco encefálico sigue siendo la última frontera de la neurociencia
El tronco encefálico ocupa solo una pequeña parte en la base del cerebro, pero mantiene con vida a las personas. Conecta el cerebro con la médula espinal y regula la respiración, el ritmo cardíaco, la presión arterial, el sueño, la vigilia, la temperatura corporal y el movimiento. Los daños en pequeños grupos de células de esta zona pueden ser catastróficos, pero su arquitectura densamente compacta ha dificultado durante mucho tiempo su cartografía detallada.
El doctor Mihail Bota, científico sénior del SGBC y uno de los investigadores principales del proyecto, señaló que el tronco encefálico también constituye el puente esencial entre el cerebro y el resto del cuerpo a través de la médula espinal. Contiene diez de los doce nervios craneales y desempeña un papel importante en las funciones autónomas, la regulación emocional y la conducta intencional.
Cartografiar esta región es especialmente difícil porque miles de células nerviosas y vías de fibras se concentran en un espacio reducido. Su estructura es muy heterogénea. Distintos núcleos y centros de control aparecen y desaparecen en distancias muy cortas. Como no es posible realizar biopsias del tronco encefálico de forma segura en pacientes vivos, los investigadores deben recurrir a tejido post mortem, cortes delgados, tinciones, imágenes y reconstrucciones computacionales. Este trabajo lento y minucioso ha limitado la escala y el nivel de detalle de los mapas anteriores.
Los científicos han cartografiado con notable detalle los cerebros de varias especies animales, pero el cerebro humano sigue estando relativamente poco estudiado porque hay pocas investigaciones detalladas de tejido cerebral humano. Cada cerebro humano es único, y las barreras éticas, técnicas y logísticas dificultan los estudios a gran escala. ANCHOR contribuye a cerrar esa brecha al ofrecer una referencia de alta resolución elaborada directamente a partir de tejido humano.
La creación de ANCHOR: de 500 cortes a un atlas digital
El equipo de ANCHOR desarrolló una plataforma de obtención de imágenes cerebrales y computación de alto rendimiento que transforma cerebros humanos completos en bases de datos 3D con resolución celular. El proceso comienza después de la donación y el procesamiento del cerebro, que se llevan a cabo dentro de intervalos de tiempo estrictamente controlados. El tronco encefálico, que el profesor Mohanasankar Sivaprakasam, director del SGBC, describió como una estructura con forma aproximada de zanahoria, se corta en secciones de apenas 10 a 20 micras de grosor. Una micra equivale aproximadamente a una quinta parte del ancho de un cabello humano, por lo que cada corte es extraordinariamente fino.
Después, los cortes se someten a procesos químicos y biológicos antes de ser cartografiados y anotados digitalmente. Las herramientas avanzadas de inteligencia artificial para el análisis de imágenes y la computación de alto rendimiento alinean las secciones con tanta precisión que permiten reconstruir en tres dimensiones el tronco encefálico original. Unos 20 científicos dedicaron 18 meses a analizar manualmente más de 200 secciones cerebrales y a combinar imágenes por resonancia magnética, anatomía microscópica y reconstrucción 3D en un solo atlas.
Se aplicaron ocho inmunotinciones complementarias a las secciones de tejido. Estos marcadores químicos actúan como filtros que resaltan distintos tipos de células neuroquímicas. El resultado es un recurso multimodal que combina imágenes por resonancia magnética, imágenes de la superficie de los bloques de tejido e histología con resolución celular. Los investigadores pueden examinar cualquier punto del tronco encefálico con distintos niveles de resolución y métodos de tinción, lo que revela detalles anatómicos y químicos que de otro modo permanecerían ocultos.
Los cerebros destinados a este tipo de cartografía con resolución celular deben recolectarse y procesarse bajo condiciones estrictas. El equipo tuvo que desarrollar protocolos especializados para preservar la integridad del tejido y eliminar restos de sangre que pudieran interferir en las imágenes. El trabajo requirió la experiencia de neurocientíficos, neuroanatomistas, especialistas en histología e imágenes, y científicos computacionales.
Un puente entre las imágenes de todo el cerebro y las células individuales
Durante mucho tiempo, la neurociencia moderna ha trabajado en dos ámbitos separados. La resonancia magnética permite observar el cerebro completo, pero no ofrece detalles celulares. Los microscopios muestran células individuales, aunque solo en cortes aislados. A menudo se pierde la relación espacial entre esos cortes y la estructura general. Esa brecha ha impedido que médicos e investigadores relacionen el aspecto del cerebro en una imagen médica con el que presenta bajo el microscopio.
ANCHOR busca cerrar esa brecha. Sus usuarios pueden ampliar la imagen desde el tronco encefálico completo observado mediante resonancia magnética hasta las neuronas individuales, manteniendo sus relaciones espaciales precisas. Esta integración es lo que hace que el atlas sea poco común. No es simplemente otro diagrama anatómico: es un puente entre las imágenes médicas y la patología celular.
La doctora Rebecca Folkerth, neuropatóloga vinculada a la Facultad de Medicina de Harvard y a la Universidad de Nueva York, colaboró con el equipo del SGBC. Ha examinado miles de cerebros durante más de tres décadas. Describió este nuevo recurso como la materialización de un sueño profesional que había tenido durante mucho tiempo.
«Lo que ha creado el centro de India es, en esencia, lo que soñaba al comienzo de mi carrera: que las imágenes del cerebro coincidieran con su anatomía microscópica».
La doctora Shubha Tole, neurocientífica india del Instituto Tata de Investigación Fundamental, describió el proyecto como una «integración sin precedentes» de ingeniería, neurociencia y medicina. Señaló que el programa sitúa a India en el escenario internacional.
El doctor Partha Mitra, científico del cerebro del Laboratorio Cold Spring Harbor que ayudó a diseñar y establecer el programa de histología cerebral humana del IIT de Madras, afirmó que los atlas cerebrales detallados podrían transformar el estudio de las enfermedades neurológicas, al revelar, célula por célula, en qué se diferencian los cerebros afectados por enfermedades como el Alzheimer o el autismo de los cerebros sanos.
De la enfermedad de Parkinson al accidente cerebrovascular: qué podría revelar ANCHOR
El atlas no es una herramienta de diagnóstico. Su mayor valor reside en las preguntas que puede ayudar a plantear a los científicos. Al comparar mapas de troncos encefálicos sanos con tejido enfermo, los investigadores podrían comprender mejor trastornos que van desde la enfermedad de Parkinson y el accidente cerebrovascular hasta la enfermedad de Alzheimer y el síndrome de muerte súbita del lactante (SMSL).
La enfermedad de Parkinson está relacionada con la pérdida gradual de neuronas productoras de dopamina en la sustancia negra, una estructura situada en el tronco encefálico. El accidente cerebrovascular puede dañar el tejido de formas que todavía no se comprenden del todo. La enfermedad de Alzheimer se ha asociado con cambios en regiones del tronco encefálico. Los mapas más precisos podrían ayudar a los neurocirujanos a operar con mayor seguridad en una de las zonas más delicadas del cerebro.
La doctora Folkerth puso el accidente cerebrovascular como ejemplo. Dijo que el atlas ha revelado nuevas características que podrían ayudar a los médicos a preservar tejido cerebral dañado, pero que aún puede recuperarse, y mejorar así los resultados de los pacientes.
El doctor Mitra también señaló que atlas como ANCHOR podrían ayudar a explicar cómo las infecciones, incluida la COVID-19, provocan daños neurológicos a largo plazo. Dado que el tronco encefálico controla funciones como la respiración y el estado de alerta, comprender cómo afectan los virus o la inflamación a sus células podría abrir nuevas vías de investigación sobre las afecciones posteriores a una infección.
Otras aplicaciones podrían abarcar la medicina del sueño, los trastornos del desarrollo y el estudio de los cambios asociados con la edad. El tronco encefálico comienza a desarrollarse muy temprano durante el crecimiento embrionario y establece con rapidez conexiones neuronales esenciales cuando el feto aún está en el útero. Más adelante, varias estructuras del tronco encefálico empiezan a perder neuronas. Comprender estos cambios normales del desarrollo y el envejecimiento es fundamental antes de que los investigadores puedan identificar qué falla en una enfermedad.
Ciencia abierta, colaboración mundial y presentación en los BRICS
ANCHOR se presentó durante el tercer Simposio de Neurociencia de los BRICS de 2026, celebrado del 5 al 7 de junio en el IIT de Madras. El simposio reunió a neurocientíficos, médicos, académicos e investigadores de países BRICS. A la presentación asistió el profesor Ajay Kumar Sood, asesor científico principal del Gobierno de India, quien participó como invitado de honor. También estuvieron presentes Kris Gopalakrishnan, cofundador de Infosys y uno de los principales patrocinadores del SGBC; el profesor V. Kamakoti, director del IIT de Madras; y el profesor Mohanasankar Sivaprakasam, director del SGBC.
El profesor Sood intervino en el acto y dijo que los mapas podrían ayudar a identificar poblaciones celulares específicas afectadas por lesiones del tronco encefálico, algo que podría ser fundamental para las aplicaciones clínicas. Calificó el proyecto como un logro importante en neurobiología y elogió al centro por su colaboración entre instituciones, países y disciplinas.
«Este es un logro importante en el campo de la neurobiología. Se trata de un marco multimodal que integra la resonancia magnética, la histología y una arquitectura química detallada. Serán los mapas más detallados y completos del tronco encefálico humano, y estarán disponibles públicamente en formato digital».
El proyecto también dependió de instituciones médicas de India para acceder a los tejidos. El Christian Medical College de Vellore, el Government Kilpauk Medical College, el Sri Ramachandra Institute of Higher Education and Research y MediScan Systems ayudaron a obtener cerebros de personas de distintas edades y procedencias. Esta colaboración entre hospitales, ingenieros y neurocientíficos fue esencial para crear el atlas.
Los investigadores han puesto ANCHOR a disposición del público en el sitio web anchor.humanbrain.in. El acceso abierto es un principio central del proyecto. El equipo quiere que el atlas se convierta en una infraestructura compartida y no en un recurso interno de acceso limitado.
La misión más amplia: cartografiar 100 cerebros a lo largo de la vida y en distintas enfermedades
ANCHOR forma parte de un esfuerzo más amplio del SGBC para crear mapas completos del cerebro humano con resolución celular, que abarquen distintas etapas de la vida y afecciones neurológicas. En 2024, el centro publicó DHARANI, un atlas detallado del cerebro fetal en desarrollo. Los investigadores trabajan ahora en nuevos atlas que cubrirán el tercer trimestre del embarazo, la primera infancia y varias enfermedades neurológicas.
Uno de los proyectos en curso es un atlas detallado de un cerebro afectado por un accidente cerebrovascular isquémico, que el equipo espera publicar durante el próximo año. El centro planea obtener imágenes de más de 100 cerebros humanos completos, de distintas etapas de la vida y afectados por trastornos neurológicos, como la enfermedad de Alzheimer y la demencia, para crear una biblioteca de referencia que podría mostrar cómo las enfermedades transforman el cerebro célula por célula.
El profesor Sivaprakasam dijo que este logro es tanto un avance científico como un desarrollo del que la medicina y la práctica clínica se beneficiarán enormemente. Por primera vez, los médicos pueden conocer en detalle el aspecto del tronco encefálico con una resolución muy superior a la de la resonancia magnética o la tomografía computarizada. Espera que haya aplicaciones en cirugía cerebral, entre otros campos.
El centro se financia principalmente con aportaciones fundacionales del cofundador de Infosys, Kris Gopalakrishnan, y de su esposa, Sudha Gopalakrishnan. También recibe subvenciones de instituciones privadas y organizaciones filantrópicas, además de financiación inicial del Gobierno de India. El equipo cuenta ahora con más de 200 investigadores, ingenieros y técnicos, y colabora con especialistas de unos 20 países.
«Espero que esto contribuya de manera importante a la neurociencia mundial. En India somos conscientes de la importancia de que la ciencia y la tecnología sean asequibles, porque, en última instancia, la tecnología debe estar al servicio de la sociedad y las personas».
La profesora Vidita A. Vaidya, catedrática sénior y copresidenta del Departamento de Ciencias Biológicas del Instituto Tata de Investigación Fundamental, afirmó que los recursos de investigación de acceso abierto, como ANCHOR, son fundamentales para impulsar la colaboración internacional y acelerar los descubrimientos. Considera que India está surgiendo como un centro mundial importante para la investigación en neurociencia, con el SGBC a la cabeza en neuroanatomía y ampliando su trabajo a la transcriptómica espacial para añadir detalles moleculares a los mapas celulares.
Lo esencial
- Investigadores del Sudha Gopalakrishnan Brain Centre del IIT de Madras han publicado ANCHOR, un atlas 3D gratuito del tronco encefálico humano con resolución celular.
- El atlas combina imágenes por resonancia magnética, histología de alta resolución y ocho marcadores neuroquímicos en más de 500 secciones de tejido de cerebros fetales, infantiles y adultos.
- Identifica más de 200 núcleos y tractos de fibras del tronco encefálico, y permite a los científicos pasar de imágenes de todo el cerebro a células nerviosas individuales.
- El tronco encefálico controla la respiración, el ritmo cardíaco, la presión arterial, el sueño, la vigilia y el movimiento, por lo que los mapas detallados son esenciales para la investigación clínica.
- Entre sus posibles aplicaciones figuran los estudios de la enfermedad de Parkinson, el accidente cerebrovascular, la enfermedad de Alzheimer, los trastornos del sueño y el SMSL, así como la planificación neuroquirúrgica.
- ANCHOR es actualmente un recurso de investigación, no una herramienta de diagnóstico, y el trabajo se publicó como prepublicación en bioRxiv, a la espera de la revisión por pares.
- El SGBC planea cartografiar más de 100 cerebros humanos completos de distintas etapas de la vida y afectados por enfermedades neurológicas, como continuación de trabajos anteriores, entre ellos el atlas del cerebro fetal DHARANI.
