Un gemelo virtual del cerebro para saber más datos del órgano más misterioso

BarcelonaRéplicas para ensayar tratamientos o intervenciones antes de hacerlas en personas hay un montón: desde los históricos maniquíes que se utilizan en las Facultades de Medicina hasta los innovadores organoides humanos, que son microtejidos 3D que se recrean en los laboratorios en partir de células madre y que reproducen los órganos humanos. Pero ahora la inteligencia artificial ha puesto sobre la mesa una técnica que puede revolucionar la biomedicina: los gemelos digitales. Es decir, réplicas de órganos creadas en un entorno digital para generar datos de forma continuada y de la forma más fiel a la realidad. Hasta ahora se habían logrado del corazón, y la idea es que poco a poco se puedan hacer de todos los órganos humanos. Ayer neurocientíficos de la Universidad Pompeu Fabra (UPF), la Universidad de Girona (UdG) y la Universidad de Oxford presentaron su gemelo del cerebro para servir para estudiar cómo funciona y cómo reacciona este misterioso y delicado órgano a una terapia.

La posibilidad de probar tratamientos o ensayar operaciones en un entorno digital puede cambiar la forma en que se abordan las enfermedades o condiciones relacionadas con el cerebro. En la actualidad, en la mayoría de los casos se requiere que el paciente esté despierto en una operación para observar cómo responde a los cambios y asegurarse de que no sufre secuelas. Pero ese método puede poner en riesgo su vida. Como método menos invasivo, los investigadores de las tres universidades proponen utilizar su gemelo virtual cerebral.

Pero, ¿qué es un gemelo virtual cerebral? A grandes rasgos, es una réplica del cerebro humano de un paciente concreto con datos de neuroimagen (principalmente de resonancias magnéticas) y fórmulas matemáticas. A partir de esta simulación, los investigadores pueden realizar pruebas para analizar su comportamiento y recopilar datos hasta el punto de desarrollar un mapa detallado de su anatomía y de su actividad.

"Uno de los grandes retos a la hora de entender las enfermedades del cerebro, como la depresión o la epilepsia, es que no entendemos del todo qué pasa en el interior", plantea el autor principal del artículo sobre la investigación, Gustavo Patow, del grupo de investigación Visualización, Realidad Virtual e Interacción Gráfica de la UdG. Aunque los métodos tradicionales han luchado por ofrecer respuestas claras, añade, son estos nuevos modelos los que ofrecen "una nueva manera de mirar el cerebro", lo que ayuda a los investigadores a identificar "qué podría funcionar mal y cómo solucionarlo" .

La investigación, liderada por el neurocientífico de la UPF Gustavo Deco, se ha publicado en la revista médica Nature Reviews Methods Primeros y sus autores ya han hecho un llamamiento para que la comunidad científica utilice este nuevo modelo computacional para buscar tratamientos personalizados contra diversos trastornos neuropsiquiátricos y analizar con precisión aspectos desconocidos del cerebro humano.

La información que proporciona esta réplica virtual permite realizar simulaciones para analizar cómo las diferentes regiones cerebrales se comunican e interactúan entre ellas o para ver cómo el cerebro de una persona respondería ante determinados cambios o estímulos utilizando técnicas personalizadas, seguras y no invasivas. Las pruebas se realizan en entornos virtuales altamente controlados y, a diferencia de los enfoques tradicionales, este modelo permite analizar las dinámicas cerebrales en su conjunto, más allá de las de regiones específicas, y comprender cómo interactúan entre ellas.

Una herramienta para los hospitales

Según explican los propios investigadores, a estas alturas ya han utilizado este modelo para predecir cómo despertará a un paciente en coma estimulando partes específicas de su cerebro o para entender cómo se propagan las convulsiones por el cerebro de las personas con epilepsia y probar modos de detenerlas. También puede ayudar a entender las diferencias cerebrales entre el sueño y la víspera. "La neurociencia computacional ha llegado a un punto de madurez en el que puede proporcionar herramientas que finalmente lleguen a comprender principios fundamentales de las funciones del cerebro en la salud y la enfermedad", explica Deco.

A medida que se vaya perfeccionando, los investigadores confían en que el modelo pueda convertirse en una herramienta estándar en los hospitales y ayudar a los profesionales médicos a diagnosticar y tratar mejor las enfermedades del cerebro. De momento, proponen a sus colegas que utilicen el nuevo modelo para probar tratamientos para pacientes en estado de coma o que sufran epilepsia, Parkinson o esclerosis múltiple, entre otros.