El cerebro humano se mueve en un presupuesto de energía ajustada. Aunque solo el 2% de nuestro peso corporal es, come el 20% de nuestra energía. Cada vez que pensamos, experimentamos, movemos o recordamos, miles de millones de células cerebrales extraen energía de los microginines dentro de ellos, pequeños órganos conocidos como mitocondrias.
Pero hasta ahora, nadie ha mapeado dónde están esas potencias, cuántos son o qué tan bien funcionan en todo el vasto paisaje del cerebro.
Ahora, por primera vez, los científicos han creado un ATLA integral de este fabricante de combustible esencial. El proyecto se llama MitobranmmapAhora muestra cómo el cerebro da energía, el área del área. Al hacerlo, puede abrir nuevas formas de comprender las condiciones desde la depresión hasta toda la enfermedad de Zimer y finalmente tratarlas.
Potencia nerviosa
Para construir un mapa, los investigadores de la Universidad de Columbia y la Universidad de Burdeos han tomado un trozo de cerebro humano congelado, usando un rompecabezas de carpintería (¡ay!), Lo cortaron en 703 piezas del tamaño de un azúcar, cada tres milímetros de un lado.
«La parte más desafiante es tener una serie de modelos», dijo Martin Picard, uno de los líderes del psicogólogo colombiano y estudio.
A partir de ahí, el equipo analizó la densidad y la eficiencia energética de las mitocondrias en cada cubo utilizando técnicas bioquímicas y moleculares. No solo sobre cuántas mitocondrias se empaquetan en el tejido, sino que observaron qué tan bien esas mitocondrias exilian la energía.
Los datos se forman como la base del modelo computacional énfo sobre cómo se distribuyen las mitocondrias y todo el cerebro opera en todo el cerebro. El resultado es un nuevo mapa significativo del paisaje energético del cerebro.
«Esto es técnicamente impresionante y conceptualmente sorprendente», dijo Valentin Raise, un neoigalista de la Universidad Técnica de Munich (no involucrado en el estudio).
Las nuevas áreas del cerebro necesitan más jugo
Un mapa novedoso de alta resolución se compromete a revelar cosas nuevas sobre el cerebro. Por ejemplo, el mapa muestra que la fuente de alimentación del cerebro no se distribuye uniformemente. Algunas áreas requieren más energía y construidas para obtenerla.
Materia gris, las células cerebrales son áreas densas que procesan información, con más del 50% de mitocondrias que blancas, que contienen mensajes entre células. Además, las mitocondrias en material gris son más efectivas para hacer energía, gracias a sus sistemas de enzimas especiales.
Además, el equipo desarrolló una métrica llamada «Capacidad de respiración de las mitocondrias» (MRC), que mide cuánta energía produce cada mitocondriano. La materia gris ha mostrado consistentemente altos valores de MRC, sus mitocondrias indican que la molécula está bien sintonizada para el trabajo cognitivo demandado por energía.
La parte sofisticada de nuestro cerebro, una capa externa corrugada conocida como la corteza, se destaca.
«Estas nuevas áreas cerebrales no contenían más mitocondrias», dijo la científica de investigación computacional del equipo, Anna Monzel, «pero esta mitocondria se especializa en una producción de combustible más efectiva».
Encaja en lo que sabemos sobre la evolución del cerebro.
Evolución de la energía cerebral
La corteza evolucionada más recientemente (relativamente hablando, hace unos 300 a 500 millones de años) apoya funciones complejas como la planificación, el pensamiento abstracto y el lenguaje. Ahora sabemos que estos procesos son intensivos en energía y que las mitocondrias se ajustan para satisfacer esas demandas. Las estructuras cerebrales antiguas, como el sistema cerebral y los ganglios basales, muestran menos valores para las habilidades respiratorias.
«La alineación de las mitocondrias es una experiencia molecular para la transformación de energía con modelos evolutivos, arrojando luz sobre la infraestructura energética biológica subcelial subyacente, evolucionando para mantener un costo de combustible alto único para los humanos», escribe.
Este gradiente ayuda a explicar por qué las funciones cognitivas complejas son débiles en los trastornos mitocondriales. Tales trastornos están adjuntos a enfermedades desde Parkinson hasta esquizofrenia
«La energía es una dimensión faltante de la biomedicina», dijo Picard. «Si cree que la salud es un poder, lo inspirará a hacer diferentes preguntas».
Este tipo de preguntas: ¿Cuánta energía se necesita para curar la lesión cerebral? ¿Podemos encontrar los cambios iniciales en las mitocondrias que indican el inicio de la enfermedad? ¿Los alimentos que comemos afectan cómo nuestro cerebro produce energía?
Y quizás lo más interesante: ¿podemos pelar en el mundo de estas mitocondrias ocultas usando escaneos cerebrales estándar? El equipo cree que es posible.
¿Qué significa para el futuro?
Los investigadores capacitaron al modelo estadístico para usar características mitocondriales basadas en medidas de resonancia magnética estándar, como la densidad de tejidos, la activación funcional y la complejidad de los neurots, utilizando escaneos cerebrales en aproximadamente 2,000 adultos sanos.
Como era de esperar, el modelo se puede ocultar en la porción del tejido temprano en las áreas del cerebro, como las características mitocondriales, la actividad o la concentración enzimática.
Los mapas producidos por MRI coinciden con los obtenidos del análisis bioquímico directo. Básicamente, el equipo ha creado una herramienta para estimar la actividad de las mitocondrias a partir de una imagen invasora.
«Nuestras estimaciones de mitocondrias basadas en neuroimagen en todo el cerebro han mostrado una relación significativa con los mapas que estiman la evolución del cerebro», señaló.
Esto lleva a «mapas de mitocondrias» en los seres humanos vivos, para convertir la forma en que estudiamos el desarrollo del cerebro, el envejecimiento y la enfermedad.
Pero el estudio tiene límites. Se basa en el mismo cerebro. La diferencia biológica entre individuos, edades y género sigue siendo desagradable.
Aún así, los investigadores son optimistas. Se puede medir su método (congelación, corte, pruebas, mapeo. Y su modelo se puede aplicar a los escaneos cerebrales ya existentes.
La investigación apareció en la revista Naturaleza.
