Tecnología - 03 Agosto, 2023
Una nueva tecnología de imagen revela la estructura y el funcionamiento del cerebro
Investigadores austriacos desarrollan un sistema que obtiene una perspectiva única de la materia gris y y reconstruye y analiza tejido cerebral vivo con una precisión y una resolución inéditas.
El sistema obtiene las imágenes en plena actividad cerebral y sin dañar la muestra de tejido.
Tags: #DeepLearning
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“Visión es el arte de ver cosas invisibles”. ¿Cómo? A través del talento y de la imaginación. Así era, al menos, cuando el escritor Jonathan Swift, autor de la memorable novela de aventuras “Los Viajes de Gulliver”, realizó esta reflexión hace casi tres siglos.
Hoy en día la tecnología ha dado un vuelco radical a esta frase: desde que se inventó el microscopio electrónico en 1932, el estudio de estructuras celulares o tejidos para la medicina ha experimentado un avance espectacular. Y un estudio publicado recientemente por la revista Nature Methods1 forma parte de esta evolución.
Un grupo de investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria ha desarrollado una tecnología que permite observar la estructura y las dinámicas que experimenta el cerebro en alta resolución y de forma totalmente inocua, sin dañar la muestra viva.
Este dispositivo, denominado LIONESS (Live Information Optimized Nanoscopy Enabling Saturated Segmentation) es una tecnología de obtención de imágenes y reconstrucción virtual que es capaz de ofrecer una imagen completa y densa del tejido cerebral vivo, un aspecto esencial para investigar los trastornos neuronales en el futuro.
Tecnología de imagen y reconstrucción virtual
El tejido cerebral es una de las estructuras más intrincadas, complejas y sofisticadas del ser humano. Procesa cantidades ingentes de información gracias a su red neuronal, compuesta por más de 80.000 millones de neuronas, y su análisis y comprensión siguen siendo una tarea pendiente en el mundo de la investigación. Para poder avanzar en su estudio y llegar a entender las interacciones que se producen en el cerebro a pequeña escala, se necesitan herramientas de imagen específicas como la que acaba de desarrollar este grupo de investigadores austriacos.
La nueva tecnología de imagen y reconstrucción virtual supone un salto cualitativo en este ámbito porque es capaz de captar imágenes, reconstruir y analizar tejido cerebral vivo de forma exhaustiva y con una resolución espacial nunca antes vista.
El sistema obtiene imágenes del tejido cerebral varias veces y ofrece la posibilidad de observar y medir la biología celular dinámica mientras el cerebro trabaja: el resultado es una imagen reconstruida de las dinámicas celulares obtenida en tres dimensiones, en la que el tiempo se convierte en una cuarta dimensión porque la muestra, según explican sus promotores, se puede visualizar de forma continuada a lo largo del tiempo.
La propuesta de valor de esta tecnología radica en una óptica de última generación y en sus dos niveles de aprendizaje profundo: el primero mejora la calidad de la imagen y el segundo identifica las diferentes estructuras celulares en el entorno neuronal denso.
La virtualidad de LIONESS es que ofrece unas condiciones de imagen rápidas y suaves que consiguen mantener viva la muestra de tejido, y lo hace con una calidad de súper resolución isotrópica, es decir, idéntica en las tres dimensiones. Este hecho facilita la visualización de los componentes celulares del tejido a nanoescala 3D.
¿Cómo lo hace?
El sistema recopila la información estrictamente necesaria de la muestra durante el periodo de obtención de imágenes para, a continuación, añadir información adicional sobre la estructura del tejido cerebral en un proceso llamado “restauración de imágenes”, con herramientas de deep learning. El resultado es una imagen en tiempo real del tejido cerebral vivo con una resolución inédita de 130 nanómetros.
Finalmente, el proceso de aprendizaje profundo da sentido a los datos complejos de imágenes e identifica las estructuras neuronales de manera automatizada.
La nueva herramienta desarrollada por el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria2 ofrece un enorme potencial para comprender la arquitectura funcional del tejido cerebral pero también de otros órganos, porque identifica las estructuras subcelulares y la forma en la que podrían cambiar con el tiempo. LIONESS es capaz de exhibir los continuos cambios que se producen en la arquitectura del tejido cerebral cada vez que el cerebro realiza y aprende nuevas tareas.
Esta investigación ha contado con la colaboración de investigadores de la Universidad de Harvard, y de varios científicos alemanes y escoceses, que han trabajado con organoides cerebrales humanos, es decir mini-cerebros que imitan el desarrollo de la computadora humana.
Referencias
Nature.com. Dense 4D nanoscale reconstruction of living brain tissue. [Internet]. Disponible en: https://www.nature.com/articles/s41592-023-01936-6
Institute of Science and Technology Austria (ISTA). LIONESS Puts a Laser Focus on Tissue Imaging. [Internet]. Disponible en: https://ista.ac.at/en/news/lioness-puts-a-laser-focus-on-tissue-imaging/
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