Una innovadora herramienta de IA genera un mapa tridimensional del cerebro
Se trata de una visión detallada del cerebro como nunca antes se había visto: permite a los usuarios acercar y alejar la imagen desde todos los ángulos, como un mapa de Google Earth
En un importante salto tecnológico, investigadores de la Universidad de Florida han creado una nueva y potente herramienta computacional y de inteligencia artificial capaz de generar un mapa tridimensional de alta resolución del cerebro en ratones, permitiendo a los usuarios acercarse y alejarse -desde todos los ángulos, como un mapa de Google Earth- y echar un vistazo a todo el conjunto de moléculas que producen energía para las funciones cerebrales.
Esta nueva herramienta basada en inteligencia artificial, financiada con fondos de investigación de los Institutos Nacionales de la Salud, acerca a los científicos a una comprensión más completa del papel del metabolismo en la enfermedad de Alzheimer y otros trastornos neurodegenerativos. Podría abrir un nuevo abanico de posibilidades para descubrir tratamientos específicos.
En un artículo publicado en la revista Nature Metabolism, un equipo de investigación dirigido por el doctor Ramon Sun explica cómo desarrolló su innovadora herramienta MetaVision3D utilizando el superordenador HiPerGator de la UF. Como prueba de principio, generaron un atlas interactivo en 3D del cerebro tanto en ratones normales como en modelos de ratón de Alzheimer y de la enfermedad de Pompe, un trastorno genético poco frecuente. El laboratorio de Sun ha puesto a disposición del público su base de datos y su servidor web para apoyar el creciente campo de científicos que estudian los vínculos entre el metabolismo y la mente.
"Con nuestra metodología podemos cartografiar miles de moléculas cerebrales y determinar con precisión su ubicación en cada región del cerebro. No tiene precedentes", afirma Sun, director del Centro de Investigación Espacial Avanzada de Biomoléculas y director asociado de Innovación del Instituto McKnight del Cerebro de la UF. "No podríamos haberlo hecho sin la financiación de los NIH. Esta financiación alimenta nuestros esfuerzos para descubrir los impulsores metabólicos del Alzheimer y allanar el camino para nuevas intervenciones para prevenir y tratar esta devastadora enfermedad."
Los usuarios de Internet pueden explorar cada sección de tejido en la reconstrucción 3D, que ilumina complejidades matizadas no visibles en los mapas 2D convencionales, proporcionando nuevos conocimientos sobre el metabolismo celular -influido por la dieta, el ejercicio y la genética-, así como sobre los mecanismos de la enfermedad.
"En Google Earth, puedo hacer zoom en una ciudad y ver cómo es una casa, cómo es la calle, qué coches hay. Ese es el nivel de resolución que proporcionamos al cerebro del ratón en este espacio tridimensional, y cómo cambian durante las enfermedades", dijo Sun, también profesor asociado del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Facultad de Medicina de la UF, parte de UF Health. "Se pueden explorar y examinar las moléculas que influyen en el pensamiento, la memoria y la salud cerebral, incluidas las implicadas en las enfermedades neurodegenerativas. Se pueden cartografiar todas las moléculas diferentes y cómo se organizan y distribuyen en las estructuras cerebrales finas."
Para lograr el salto de las representaciones 2D a las 3D -que Sun comparó con el salto tecnológico de un teléfono plegable a un smartphone-, su laboratorio escaneó 79 secciones cerebrales una fina capa cada vez utilizando una máquina de imágenes de alta tecnología que identifica y cuenta moléculas como grasas y carbohidratos, nutrientes esenciales para la función cerebral.
"A continuación, utilizamos la IA para alinear esas imágenes y apilarlas para reconstruir el metaboloma cerebral completo", explica Xin Ma, primer autor del artículo y estudiante de doctorado en bioestadística bajo la tutela de Sun y Li Chen, doctor y máster en ciencias. El metaboloma es el conjunto de miles de moléculas que producen la energía necesaria para el funcionamiento del cerebro.
Como siguiente paso, con la doctora Sara Burke, directora del Centro de Investigación Clínica Traslacional del Envejecimiento Cognitivo y la Memoria de la UF, trazaron un mapa de la anatomía para correlacionarlo con las moléculas y utilizaron métodos matemáticos para verificar una precisión del 95 al 99%, dijo Sun.
En el futuro, los investigadores podrían integrar la herramienta cartográfica con los análisis genéticos y de imágenes por resonancia magnética para desarrollar tratamientos dirigidos a zonas precisas del cerebro, a diferencia de los tratamientos actuales, que también pueden afectar a partes del cerebro no enfermas.
"Para la prevención y el tratamiento de enfermedades, hemos abierto un nuevo campo de estudio para los biólogos", afirmó Chen, coautor del artículo y profesor asociado del Departamento de Bioestadística de la Facultad de Salud Pública y Profesiones Sanitarias de la UF.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Xin Ma, Cameron J. Shedlock, Terrymar Medina, Roberto A. Ribas, Harrison A. Clarke, Tara R. Hawkinson, Praveen K. Dande, Hari K. R. Golamari, Lei Wu, Borhane EC. Ziani, Sara N. Burke, Matthew E. Merritt, Craig W. Vander Kooi, Matthew S. Gentry, Nirbhay N. Yadav, Li Chen, Ramon C. Sun; "AI-driven framework to map the brain metabolome in three dimensions"; Nature Metabolism, 2025-3-18
Más noticias del departamento ciencias
