Desentrañar los misterios del cerebro, el órgano más complejo y poderoso del cuerpo humano, sigue siendo uno de los mayores desafíos de la ciencia. Comprender cómo miles de millones de neuronas diversas establecen redes que posibilitan la percepción, la memoria y el comportamiento es fundamental para abordar las enfermedades cerebrales y avanzar en el conocimiento humano.
BGI-Research se encuentra a la vanguardia de esta búsqueda. Como miembro clave del Consorcio de Mapeo Mesoscópico Cerebral, BGI codirigió recientemente seis estudios trascendentales publicados en una colección especial de artículos en la página web del consorcio en Cell, dos de los cuales fueron seleccionados como historias de portada en las ediciones más recientes de Cell y Neuron, respectivamente. Estos logros subrayan el liderazgo global de BGI en el campo de las ciencias del cerebro.
En este contexto, entrevistamos a destacados científicos de BGI-Research para conocer su trayectoria, sus innovaciones y su visión sobre el futuro de la ciencia del cerebro.
¿Cuáles son los principales desafíos tecnológicos en la ciencia del cerebro y cómo pueden tecnologías como la genómica, la celulómica y la ómica espaciotemporal impulsar este campo?
Liu Longqi (Decano Ejecutivo e Investigador, BGI-Research):
La estructura determina la función. El cerebro, como el órgano más complejo, contiene aproximadamente 86 mil millones de neuronas. Analizar las características moleculares, los tipos y estados celulares, así como las conexiones neuronales de estas células, sigue siendo un desafío considerable. El China Brain Mesoscopic Atlas Project trabaja para descifrar los misterios de la estructura cerebral mediante la colaboración científica a gran escala.
Los rápidos avances en tecnologías de genómica, celulómica y ómica espaciotemporal, junto con plataformas de ingeniería, ofrecen nuevas perspectivas. Estos desarrollos respaldan de manera integral el análisis de los elementos genómicos y los mecanismos regulatorios relacionados con la función cerebral, la clasificación y distribución espacial de las células, así como las características patológicas de diversas enfermedades.
¿Cuál es la relevancia y el impacto internacional de la reciente edición especial de Cell? ¿Qué avance le entusiasma más?
Liu Shiping (Científico Principal en Ciencias del Cerebro e Investigador, BGI-Research):
La reciente colección de artículos destacados sobre ciencias del cerebro publicada en Cell tiene una gran relevancia y ha generado un profundo impacto a nivel internacional. Abarca múltiples áreas esenciales y de vanguardia en la investigación cerebral, que van desde atlas celulares de referencia fundamentales, mecanismos de enfermedades, procesos de desarrollo y trayectorias evolutivas, hasta tecnologías emergentes clave. Este conjunto de estudios representa un ambicioso proyecto sistemático, posible gracias a la colaboración interdisciplinaria de equipos científicos de élite a nivel mundial, lo cual demuestra el poder de los modelos organizativos de investigación a gran escala.
Lo que más me entusiasma es el avance logrado mediante la colaboración internacional basada en tecnologías desarrolladas por BGI. Hemos observado un progreso que va desde la escala microscópica —centrada en la ómica unicelular y espaciotemporal— hasta la escala más macroscópica o “mesoscópica”, como la tecnología de proyección. Esto implica que ahora podemos analizar la estructura y la función fina de los tejidos cerebrales en niveles multiescala sin precedentes.
Desde el punto de vista científico, esto marca un cambio de paradigma: se pasa de la caracterización molecular de células individuales a una exploración más integrada de las funciones tisulares, la evolución del desarrollo y otros sistemas biológicos complejos.
Este doble salto, tanto tecnológico como en las fronteras del conocimiento, no solo representa un avance trascendental para la neurociencia, sino que también inspirará e impulsará significativamente el progreso en el campo más amplio de las ciencias de la vida.
¿Podría presentar el estudio sobre el claustrum, conocido comúnmente como la “caja negra de la conciencia”? ¿Qué descubrimientos relevantes se lograron y cuál es la importancia de esta investigación?
Lei Ying (Científico Principal en Ciencias del Cerebro e Investigador, BGI-Research):
Nuestra investigación es la primera en integrar la secuenciación de ARN de núcleo único, la tecnología de transcriptómica espacial patentada por BGI (Stereo-seq) y el mapeo de conectividad cerebral completa basado en trazado retrógrado, con el fin de realizar un análisis multimodal del claustrum en primates. De manera sistemática, “mapeamos” el claustrum considerando los tipos celulares, su distribución espacial y la conectividad a nivel de todo el cerebro.
El hallazgo más sorprendente fue que las neuronas excitadoras del claustrum no se distribuyen al azar, sino que presentan una organización espacial altamente ordenada a lo largo de los ejes medial-lateral y dorsal-ventral, lo cual podría corresponder a distintos módulos funcionales.
Además, mediante el mapeo de conectividad cerebral completa, dividimos el claustrum en cuatro “zonas de proyección selectiva” que se proyectan específicamente hacia las áreas prefrontal, visual, de la memoria y motora. A través del análisis conjunto de la conectividad cerebral total y del transcriptoma espacial unicelular, también identificamos los subtipos neuronales GNB4 específicos del macaco, los cuales se proyectan selectivamente hacia la corteza entorrinal-hipocampo o la corteza motora, y podrían desempeñar un papel clave en funciones cerebrales superiores.
Esta investigación no solo aporta bases neuronales importantes para comprender funciones cerebrales complejas como la conciencia y la atención en primates, sino que también establece el primer mapa detallado del claustrum en primates no humanos, llenando un vacío crítico en este campo. Dada la alta similitud entre los cerebros del macaco y del ser humano, este estudio constituye un puente esencial para la exploración de los mecanismos cognitivos humanos y sienta las bases para el estudio de enfermedades cerebrales relacionadas.
¿Cuál es el potencial de biomarcadores sanguíneos como CCK y PMP2 para el diagnóstico temprano de la enfermedad de Alzheimer? ¿Cuáles son las futuras líneas de investigación de BGI en esta área?
Han Lei (Científico Principal en Ciencias del Cerebro e Investigador, BGI-Research):
La enfermedad de Alzheimer (EA), comúnmente conocida como demencia, es un trastorno neurodegenerativo devastador. Nuestra investigación se centra principalmente en el hipocampo, una región cerebral esencial vinculada a la formación de la memoria. Las etapas iniciales de la EA suelen afectar la función del hipocampo, lo que la convierte en un área clave para comprender el inicio y la progresión de la enfermedad.
Mediante la tecnología Stereo-seq patentada por BGI, identificamos una serie de genes asociados con la EA en distintas subregiones del hipocampo. Al comparar estos hallazgos con los datos de exosomas derivados del cerebro presentes en la sangre de pacientes con Alzheimer, encontramos que proteínas como CCK y PMP2 podrían funcionar como biomarcadores sanguíneos para el diagnóstico de la enfermedad. Esto podría permitir una detección más precisa de biomarcadores mediante análisis de sangre, brindando un apoyo médico significativo para el diagnóstico temprano.
A futuro, nuestro objetivo es explorar el uso de tecnologías multiómicas para desarrollar reactivos diagnósticos más precisos que faciliten la detección temprana del Alzheimer. Además, con base en los datos actuales, buscamos identificar más blancos terapéuticos relacionados con esta enfermedad, sentando así las bases para el desarrollo de futuros tratamientos farmacológicos.
¿Cuál fue el momento más emocionante para usted durante el proyecto? ¿Cómo reflexiona sobre su crecimiento al participar en proyectos de colaboración internacional a gran escala?
Chen Duoyuan (Líder de Proyecto en Ciencias del Cerebro e Investigador Asociado, BGI-Research):
El momento más emocionante para mí no fue la publicación final del artículo, sino haber recibido la confianza de liderar de manera independiente todo el módulo de investigación sobre la evolución del cerebro. En los sistemas académicos tradicionales, los jóvenes investigadores rara vez tienen la oportunidad de dirigir proyectos de colaboración internacional de esta magnitud. Sin embargo, BGI se atrevió a confiar esta responsabilidad a un equipo con una edad promedio inferior a los 30 años. Esta confianza en las nuevas generaciones constituye, en sí misma, una forma de innovación y un verdadero avance.
A través de una profunda colaboración con los principales equipos internacionales en neurociencia, obtuve una comprensión más amplia de las líneas de investigación de vanguardia en atlas cerebrales, evolución, enfermedades y envejecimiento. Con el apoyo de BGI, pude aplicar el “Dogma Espaciotemporal” a la investigación evolutiva entre especies, desarrollando nuevos métodos analíticos y logrando identificar patrones evolutivos de las células cerebrales en reptiles, aves y mamíferos.
Esta experiencia me transformó de un investigador posdoctoral a un líder de proyecto independiente. También me enseñó que muchos de los grandes descubrimientos científicos surgen cuando se brinda a los jóvenes investigadores la libertad de innovar y asumir riesgos. En adelante, continuaré con esta filosofía, guiando a mi equipo para explorar las fronteras de la ciencia del cerebro, derribando barreras jerárquicas y promoviendo avances continuos tanto en BGI como en la investigación neurocientífica global.