Mente Maravillosa 2022

15 abr 2022 Pint Of Science (España)

Mis compañeros de Pint of Science se pusieron en contacto conmigo para que hablara un poco sobre mi trabajo y, como cualquier neurocientífico que se precie, siempre estoy listo para hablar de mi libro. Antes de empezar quiero señalar que el cerebro es el objeto más complejo que conocemos en todo el universo observable (a parte del propio universo observable) y que, por ese motivo, la neurociencia es un campo multidisciplinar muy amplio que necesita expertos en todos los frentes: desde los modelos matemáticos basados en datos de neuroimagen (que es a lo que yo me dedico), pasando por la biología, la medicina o la psicología. Cada campo es igual de importante y además, para que la neurociencia tenga sentido, es importante que todas las disciplinas expliquen una historia coherente.

El 60% del cuerpo humano es agua, ese porcentaje varía en función del tipo de tejido o parte del cuerpo en la que nos encontremos. En el caso del corazón o del cerebro esta cifra sube hasta un 73%. Este dato no es baladí, como sabéis, el agua está formada por tres átomos, dos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Cuando reunimos suficientes moléculas podemos ver que aparecen algunos fenómenos de interacción y como consecuencia, uno de los efectos más relevantes que observamos es que no todas las moléculas de agua están siempre en su forma completa H2O.

Encontraremos moléculas descompuestas en forma de átomos desnudos de H+ que no portan ni electrones (e-) ni neutrones, AKA protones; y moléculas de hidróxido (OH). ¿Quiere decir esto que tenemos protones libres en cerebro? Seh. ¿Quiere decir esto que vamos a usar estos protones para medir neurocosas? Oh, sí.

Disclaimer: todas las imágenes que mostraré a partir de ahora han sido adquiridas con la máquina de resonancia magnética de IDIBAPS utilizando una adquisición de mi cerebro.

Imagen en la que podemos ver la dirección en la que pueden moverse los protones en el cerebro siguiendo el siguiente código de colores: verde para mayor movilidad anterior/posterior, rojo para izquierda/derecha, azul para arriba/abajo.

Los protones son una partícula compuesta que emerge de la interacción entre quarks y gluones y que hereda algunas propiedades de sus componentes. Por ejemplo, heredará el spin resultante de la suma de los quarks que lo forman y esto hará que el protón se comporte como un pequeño imán. Cuando leáis sobre este tema veréis muchas analogías del tipo “el protón es una carga positiva que gira y por lo tanto produce un momento magnético” pero el hecho de que este se comporte como un pequeño imán no tiene nada que ver con ninguna rotación.

¿A dónde quiero llegar explicando todo esto? Una vez sabemos que en el cerebro hay muchos protones libres y que estos se comportan como pequeños imanes ya nos podemos imaginar qué dirección vamos a tomar.

La máquina de resonancia magnética utiliza una bobina superconductora para producir campos magnéticos muy altos (normalmente de 3T, pero se siguen utilizando en clínica máquinas de 1.5T y se están empezando a popularizar las máquinas de 7T para investigación).

Los protones libres se alinean en estos campos magnéticos y después podemos jugar excitando y desexcitándolos para medir la señal que emiten durante el proceso. Gracias a este fenómeno de resonancia magnética nuclear podemos obtener información de los diversos tejidos que hay en el cerebro, de la estructura de la sustancia blanca o de los niveles relativos de oxígeno (entre otras muchas cosas).

Antes de seguir, me gustaría parar un segundo para pensar en todo esto. La máquina de resonancia magnética nos permite adquirir datos del cerebro humano de forma segura y sin utilizar radiación ionizante. El primer equipo de resonancia magnética data de 1972 y dado su gran éxito se popularizó a finales de los 90 por todo el mundo. Nos encontramos con un campo científico muy joven y, aunque hoy adquirimos resonancias cerebrales en vastas cantidades, aún estamos aprendiendo nuevas formas de obtener datos y de trabajar con ellos.

En este contexto, mi trabajo en la plataforma de imagen por resonancia magnética de IDIBAPS consiste en el análisis de datos adquiridos con máquinas de resonancia magnética para obtener información estructural y funcional del cerebro. Por ejemplo, podemos diferenciar el córtex del cerebro (o sustancia gris) de la sustancia blanca viendo cómo se relajan los protones después de recibir un pequeño pulso de radiofrecuencia:

Imagen estructural en la que podemos diferenciar la sustancia gris (principalmente en el córtex cerebral y en algunas estructuras internas) de la sustancia blanca (la zona interna del cerebro formada por axones, la parte alargada de la neurona).

Uno de mis análisis favoritos consiste en inferir la estructura de la sustancia blanca en función de cómo difunde el agua en el cerebro. La sustancia blanca tiene una estructura muy específica que restringe la movilidad de los protones que contiene.

Imaginad que queremos estudiar las carreteras de una ciudad midiendo la movilidad de los coches que están atrapados en el tráfico. Podemos hacer algo muy parecido con los protones que están atrapados en la sustancia blanca para obtener información de la estructura de la misma:

Y de aquí podemos filtrar estructuras específicas con interés anatómico que han sido estudiadas mediante otras técnicas, como podrían ser la de disección. Por ejemplo, podríamos obtener la red de lenguaje:

Para acabar os hablaré de otro truco que podemos hacer con la máquina de resonancia magnética. Podemos medir los niveles relativos de oxígeno en el cerebro.

El cerebro utiliza diferentes regiones en función de la actividad que realiza y, como consecuencia, aumenta la irrigación de dichas regiones debido al incremento de consumo metabólico que requiere la tarea en cuestión.

La sangre que llega al cerebro está oxigenada por lo que midiendo cómo varían los niveles de oxígeno podemos obtener qué regiones aumentan su irrigación en función de una tarea determinada. Seguro que habréis leído en artículos no científicos la típica noticia que dice algo como “se encontró la región del cerebro encargada de hacer esta tarea”. Gran parte de estos artículos son fruto de un estudio en el que se mide la variación de oxígeno en una región del cerebro cuando se propone una tarea a un grupo de personas dentro de una máquina de resonancia.

Con estos análisis podemos caracterizar de forma básica el funcionamiento de un cerebro sano así como encontrar los patrones propios de patologías conocidas. De esta forma, podremos entender mejor el funcionamiento de ese objeto maravilloso que tenemos entre las orejas así como diagnosticar de forma temprana aquellas patologías visibles mediante las adquisiciones de resonancia magnética.

Aquí me tenéis al lado de la máquina de resonancia magnética de IDIBAPS

Además de mi trabajo como neurocientífico, estoy implicado en diversos proyectos de divulgación (Pint of Science cof... cof…) la ciencia además de hacerla hay que “divulgarla”.

Si os interesó el artículo y queréis saber más podéis ver algunos vídeos que grabé con BCNspiracy (https://youtu.be/PzpOMh0kDy4) y Sopa de Partículas (https://youtu.be/DXbguJt6RAI?t=286), dos grupos de divulgación científica en los que participo de forma activa.