BigNeuron es un nuevo proyecto gestado en el Allen Institute for Brain Science, el cual busca que los científicos tengan la posibilidad de crear modelos tridimensionales de las neuronas. Para ello, los recursos de supercómputo del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, del Departamento de Energía de los Estados Unidos, se pondrán a disposición de esta iniciativa diseñada para avanzar en cómo los científicos pueden reconstruir digitalmente y analizar incluso, neuronas individuales del cerebro humano. Se busca así tener un mayor entendimiento de cómo funcionan las neuronas.
Las neuronas tienen miles de ramas y mapear estas estructuras complejas es una labor que lleva mucho tiempo y que se hace a mano. BigNeuron tiene como meta hacer que este proceso pueda convertirse en automático, además de poder crear modelos tridimensionales con dos imágenes de las neuronas en dos dimensiones. “La reconstrucción neuronal es un gran reto para este campo”, dice Arvinx Ramanathan, “a menos que entiendas cómo estas terminales nerviosas están conectadas unas con otras, no podrás entender cómo es que el cerebro funciona”.
Los algoritmos digitales podrían ayudar a automatizar este proceso, pero los investigadores en todo el mundo usan diferentes enfoques para coleccionar imágenes, manejar los datos y crear sus modelos. Los colaboradores de BigNeuron esperan estandarizar este proceso e identificar qué algoritmos son los mejores para los diferentes tipos de neuronas que existen, los cuales podrían acelerar los intentos de los científicos para mapear cada neurona en el cerebro. El cerebro humano cuenta con cerca de 100 mil millones de neuronas.
Para ello, la máquina Titan, la segunda supercomputadora más poderosa del planeta, permitirá a los científicos para ajustar y medir los algoritmos que son más efectivos en la reconstrucción y así sacar ventaja de este gran poder de cómputo, que para la labor que se está encomendado, parece sin embargo, estar por debajo de las posibilidades reales para comprender el cerebro como un todo. Sin embargo, como dice Ramanathan: “si Titan nos ayuda siquiera en alguno de los algoritmos conocidos para que corran más rápido o mejor, ya eso podría ser un gran triunfo”.
En una serie de conferencias sobre BigNeuron, los participantes contribuirán a los algoritmos de la reconstrucción de las neuronas y al conjunto de datos que sean todos comunes a una misma plataforma de software. El Laboratorio Nacional dará el entorno para los recursos de manejo de programas y cómputo, incluyendo el Laboratorio del Instituto de Datos de la Salud, una iniciativa multidisciplinaria diseñada para examinar estos conjuntos de datos heterogéneos y de gran tamaño.
Los científicos anticipan que el mapeo de las conexiones neuronales en un cerebro completo podría dar una gran cantidad de información para uso médico, pero Ramanathan piensa que BigNeuron es apenas un paso inicial en esa dirección. “Las implicaciones biológicas son enormes”, indica el científico, “si esto funciona para un cerebro sano, entonces se puede hacer análisis sobre cerebros enfermos o pacientes con Alzheimer o Parkinson”. Esto podría abrir nuevos caminos en el trabajo de la investigación de estas enfermedades.
Referencias: