El cerebro humano se expande y se contrae con el paso del tiempo: estos gráficos muestran cómo

Cuando el neurocientífico Jakob Seidlitz llevó a su hijo de 15 meses al pediatra para un chequeo la semana pasada, se fue sintiéndose insatisfecho. No había nada malo con su hijo: el niño parecía estar desarrollándose a un ritmo típico, de acuerdo con las tablas de altura y peso que usó el médico. Lo que Seidlitz sintió que faltaba era una métrica equivalente para medir cómo estaba creciendo el cerebro de su hijo. “Es impactante la poca información biológica que tienen los médicos sobre este órgano crítico”, dijo Seidlitz, que trabaja en la Universidad de Pensilvania en Filadelfia.

Pronto, él podría ser capaz de cambiar eso. Trabajando con colegas, Seidlitz acumuló más de 120.000 escáneres cerebrales, la colección más grande de su tipo, para crear las primeras tablas de crecimiento integrales para el desarrollo del cerebro. Los gráficos muestran visualmente cómo los cerebros humanos se expanden rápidamente en los primeros años de vida y luego se encogen lentamente con la edad. La gran magnitud del estudio, publicado en la revista Nature, ha dejado atónitos a los neurocientíficos, que durante mucho tiempo han tenido que lidiar con problemas de reproducibilidad en su investigación, en parte debido al pequeño tamaño de las muestras. La resonancia magnética nuclear (RMN) es costosa, lo que significa que los científicos a menudo tienen un número limitado de participantes que pueden inscribir en los experimentos.

“El conjunto masivo de datos que reunieron es extremadamente impresionante y realmente establece un nuevo estándar para el campo”, aseveró Angela Laird, neurocientífica cognitiva de la Universidad Internacional de Florida en Miami. Aun así, los autores advierten que su base de datos no es completamente inclusiva: tuvieron dificultades para recopilar escáneres cerebrales de todas las regiones del mundo. Los gráficos resultantes, dicen, son solo un primer borrador, y se necesitarían más ajustes para implementarlos en entornos clínicos.

Si los gráficos finalmente se implementan para los pediatras, se necesitará mucho cuidado para garantizar que no se malinterpreten, según Hannah Tully, neuróloga pediátrica de la Universidad de Washington en Seattle. “Un cerebro grande no es necesariamente un cerebro que funcione bien”, subrayó.

Ninguna tarea fácil

Debido a que la estructura del cerebro varía significativamente de persona a persona, los investigadores tuvieron que agregar una gran cantidad de escaneos para crear un conjunto autorizado de gráficos de crecimiento con significado estadístico. Para Richard Bethlehem, neurocientífico de la Universidad de Cambridge, Reino Unido, y coautor del estudio, esa no es una tarea fácil. En lugar de ejecutar miles de escaneos ellos mismos, lo que llevaría décadas y sería prohibitivamente costoso, los investigadores recurrieron a estudios de neuroimagen ya completados.

Bethlehem y Seidlitz enviaron correos electrónicos a investigadores de todo el mundo preguntándoles si compartirían sus datos de neuroimagen para el proyecto. El dúo quedó asombrado por la cantidad de respuestas, que atribuyen a la pandemia de COVID-19, que les dio a los investigadores menos tiempo en sus laboratorios y más tiempo de lo habitual con sus bandejas de entrada de correo electrónico.

En total, el equipo reunió 123 894 resonancias magnéticas de 101.457 personas, que abarcaron desde fetos 16 semanas después de la concepción hasta adultos de 100 años. Las exploraciones incluyeron cerebros de personas neurotípicas, así como de personas con una variedad de afecciones médicas, como la enfermedad de Alzheimer, y diferencias neurocognitivas, incluido el trastorno del espectro autista. Los investigadores utilizaron modelos estadísticos para extraer información de las imágenes y asegurarse de que los escaneos fueran directamente comparables, sin importar qué tipo de máquina de resonancia magnética se hubiera utilizado.

El resultado final es un conjunto de gráficos que trazan varias métricas cerebrales clave por edad. Algunas métricas, como el volumen de materia gris y el grosor cortical medio (el ancho de la materia gris) alcanzan su punto máximo temprano en el desarrollo de una persona, mientras que el volumen de materia blanca (que se encuentra más profundamente en el cerebro) tiende a alcanzar su punto máximo alrededor de los 30 años. Los datos sobre el volumen ventricular (la cantidad de líquido cefalorraquídeo en el cerebro), en particular, sorprendieron a Bethlehem. Los científicos sabían que este volumen aumenta con la edad, porque generalmente se asocia con la atrofia cerebral, pero el experto se sorprendió por la rapidez con que tiende a crecer en la edad adulta tardía.

Un primer borrador

El estudio llega inmediatamente después de un artículo explosivo publicado en Nature el 16 de marzo que muestra que la mayoría de los experimentos de imágenes cerebrales contienen muy pocos escaneos para detectar de manera confiable los vínculos entre la función cerebral y el comportamiento, lo que significa que sus conclusiones pueden ser incorrectas. Dado este hallazgo, Laird espera que el campo avance hacia la adopción de un marco similar al utilizado por Seidlitz y Bethlehem, para aumentar el poder estadístico.

Acumular tantos conjuntos de datos es similar a una “obra maestra diplomática”, manifestó Nico Dosenbach, neurocientífico de la Universidad de Washington en St. Louis, Missouri, coautor del estudio del 16 de marzo. Para él esta es la escala en la que los investigadores deberían operar al agregar imágenes cerebrales.

A pesar del tamaño del conjunto de datos, Seidlitz, Bethlehem y sus colegas reconocen que su estudio adolece de un problema endémico de los estudios de neuroimagen: una notable falta de diversidad. Los escáneres cerebrales que recolectaron provienen principalmente de América del Norte y Europa, y reflejan de manera desproporcionada poblaciones que son blancas, en edad universitaria, urbanas y acomodadas. “Esto limita la generalización de los hallazgos”, remarcó Sarah-Jayne Blakemore, neurocientífica cognitiva de la Universidad de Cambridge. El estudio incluye solo tres conjuntos de datos de América del Sur y uno de África, lo que representa alrededor del 1% de todos los escáneres cerebrales utilizados en el estudio.

“Miles de millones de personas en todo el mundo carecen de acceso a máquinas de resonancia magnética, lo que dificulta la obtención de diversos datos de imágenes cerebrales”, advirtió Laird. Pero los autores no dejaron de intentarlo y lanzaron un sitio web en el que tienen la intención de actualizar sus gráficos de crecimiento en tiempo real a medida que reciben más escáneres cerebrales.

Con grandes conjuntos de datos, gran responsabilidad

Otro desafío fue determinar cómo otorgar el crédito adecuado a los propietarios de los escáneres cerebrales utilizados para construir los gráficos. Algunos de los escaneos procedían de conjuntos de datos de acceso abierto, pero otros estaban cerrados para los investigadores. La mayoría de los escaneos de datos cerrados aún no se habían procesado de una manera que permitiera incorporarlos a las tablas de crecimiento, por lo que sus propietarios hicieron un trabajo adicional para compartirlos. Estos científicos fueron luego nombrados como autores del artículo.

Mientras tanto, los propietarios de los conjuntos de datos abiertos recibieron solo una mención en el documento, lo que no tiene tanto prestigio para los investigadores que buscan financiamiento, colaboraciones y promociones. Seidlitz, Bethlehem y sus colegas procesaron estos datos. En la mayoría de los casos, Bethlehem reconoció que esencialmente no hubo contacto directo con los propietarios de estos conjuntos de datos. El documento enumera alrededor de 200 autores y cita el trabajo de cientos de personas que contribuyeron con escáneres cerebrales.

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