Foto: Case Western Reserve.
Un equipo de investigadores, dirigido por científicos y técnicos de la Universidad Case Western Reserve, ha creado el primer atlas holográfico interactivo de las vías axonales de las neuronas del cerebro humano.
La tecnología combina hardware avanzado de visualización, desarrollo de software y datos de neuroanatomía y tiene una amplia gama de aplicaciones científicas, clínicas y educativas.
Es el resultado de una interacción colaborativa entre neuroanatomistas y científicos de imágenes cerebrales y, según sus creadores, es "la base de un nuevo sistema de navegación neuroquirúrgica holográfica" para la estimulación cerebral profunda (DBS).
La tecnología incorpora décadas de valiosos, pero desconectados, datos neuronales de docenas de fuentes y los transforma en una visualización completamente tridimensional e interactiva.
Atlas animado del cerebro
Los usuarios de la tecnología, incluidos ingenieros neuronales, neuroanatomistas, neurólogos y neurocirujanos, pueden ver tanto el "atlas" animado del cerebro, así como las conexiones axonales frente a ellos.
Los axones son prolongaciones de las neuronas, también llamadas neuritas, a través de las cuales circulan los impulsos nerviosos. Esta transmisión de información queda a la vista con la nueva tecnología.
La tecnología se describe en una investigación que se publica en la revista Neuron. Se centra en visualizar las vías precisas del axón en el cerebro, a través de las cuales las neuronas envían mensajes para alcanzar los objetivos correctos.
Para el desarrollo de esta tecnología, los investigadores se centraron en la región subtalámica del cerebro, un objetivo quirúrgico común para la estimulación cerebral profunda, pero también un área que ha sido muy problemática para la mejor tecnología actual, conocida como reconstrucciones tractográficas.
La tractografía, conocida por revelar coloridos "arcos cerebrales" dentro del cerebro humano, se ha utilizado en hospitales durante aproximadamente 20 años. Representa visualmente los tractos nerviosos en el cerebro mediante el uso de datos recopilados por IRM de difusión, presentando la información en imágenes de dos y tres dimensiones llamadas tractogramas.
Primer modelo realista
El equipo de Case Western Reserve ha superado esa tecnología no solo haciéndola realmente tridimensional, sino también interactiva, al pedirle a un grupo de neuroanatomistas expertos que "definan interactivamente las trayectorias axonales de los sistemas cortical, de los ganglios basales y cerebelosos".
"Al hacerlo, hemos producido lo que es el primer modelo anatómicamente realista de las principales vías axonales en la región subtalámica humana", dijo Cameron McIntyre, investigador principal, en un comunicado. Y añade: "Este es solo el primer paso y puede repetirse en todo el cerebro".
"Lo bueno de esto es que hemos podido integrar décadas de conocimiento neuroanatómico en el contexto de las técnicas de visualización cerebral más modernas", explica también McIntyre. “Tomamos todo ese conocimiento anatómico y lo ponemos en manos de los usuarios en un formato completamente nuevo y útil”, concluye.
La tecnología combina hardware avanzado de visualización, desarrollo de software y datos de neuroanatomía y tiene una amplia gama de aplicaciones científicas, clínicas y educativas.
Es el resultado de una interacción colaborativa entre neuroanatomistas y científicos de imágenes cerebrales y, según sus creadores, es "la base de un nuevo sistema de navegación neuroquirúrgica holográfica" para la estimulación cerebral profunda (DBS).
La tecnología incorpora décadas de valiosos, pero desconectados, datos neuronales de docenas de fuentes y los transforma en una visualización completamente tridimensional e interactiva.
Atlas animado del cerebro
Los usuarios de la tecnología, incluidos ingenieros neuronales, neuroanatomistas, neurólogos y neurocirujanos, pueden ver tanto el "atlas" animado del cerebro, así como las conexiones axonales frente a ellos.
Los axones son prolongaciones de las neuronas, también llamadas neuritas, a través de las cuales circulan los impulsos nerviosos. Esta transmisión de información queda a la vista con la nueva tecnología.
La tecnología se describe en una investigación que se publica en la revista Neuron. Se centra en visualizar las vías precisas del axón en el cerebro, a través de las cuales las neuronas envían mensajes para alcanzar los objetivos correctos.
Para el desarrollo de esta tecnología, los investigadores se centraron en la región subtalámica del cerebro, un objetivo quirúrgico común para la estimulación cerebral profunda, pero también un área que ha sido muy problemática para la mejor tecnología actual, conocida como reconstrucciones tractográficas.
La tractografía, conocida por revelar coloridos "arcos cerebrales" dentro del cerebro humano, se ha utilizado en hospitales durante aproximadamente 20 años. Representa visualmente los tractos nerviosos en el cerebro mediante el uso de datos recopilados por IRM de difusión, presentando la información en imágenes de dos y tres dimensiones llamadas tractogramas.
Primer modelo realista
El equipo de Case Western Reserve ha superado esa tecnología no solo haciéndola realmente tridimensional, sino también interactiva, al pedirle a un grupo de neuroanatomistas expertos que "definan interactivamente las trayectorias axonales de los sistemas cortical, de los ganglios basales y cerebelosos".
"Al hacerlo, hemos producido lo que es el primer modelo anatómicamente realista de las principales vías axonales en la región subtalámica humana", dijo Cameron McIntyre, investigador principal, en un comunicado. Y añade: "Este es solo el primer paso y puede repetirse en todo el cerebro".
"Lo bueno de esto es que hemos podido integrar décadas de conocimiento neuroanatómico en el contexto de las técnicas de visualización cerebral más modernas", explica también McIntyre. “Tomamos todo ese conocimiento anatómico y lo ponemos en manos de los usuarios en un formato completamente nuevo y útil”, concluye.
Foto: Case Western Reserve.
Hololens
Para el desarrollo de esta tecnología, los investigadores se han apoyado en la plataforma de realidad mixta HoloLens (Microsoft), que combina realidad virtual y realidad aumentada y permite a sus clientes crear nuevos espacios en los que interactúan objetos y/o personas, tanto reales como virtuales.
"Más de 100 médicos han tenido la oportunidad de probar esto hasta ahora y la emoción en torno a la tecnología ha sido excepcional", dijo McIntyre, y agregó que el método ya está mejorando drásticamente la comprensión de los científicos de las complejidades asociadas con ciertas cirugías cerebrales específicas.
Para el desarrollo de esta tecnología, los investigadores se han apoyado en la plataforma de realidad mixta HoloLens (Microsoft), que combina realidad virtual y realidad aumentada y permite a sus clientes crear nuevos espacios en los que interactúan objetos y/o personas, tanto reales como virtuales.
"Más de 100 médicos han tenido la oportunidad de probar esto hasta ahora y la emoción en torno a la tecnología ha sido excepcional", dijo McIntyre, y agregó que el método ya está mejorando drásticamente la comprensión de los científicos de las complejidades asociadas con ciertas cirugías cerebrales específicas.
Referencia
Holographic Reconstruction of Axonal Pathways in the Human Brain. Mikkel V. Petersen. Neuron, November 07, 2019. DOI:https://doi.org/10.1016/j.neuron.2019.09.030
Holographic Reconstruction of Axonal Pathways in the Human Brain. Mikkel V. Petersen. Neuron, November 07, 2019. DOI:https://doi.org/10.1016/j.neuron.2019.09.030