Un equipo internacional liderado por el Instituto ITACA de la Universitat Politècnica de València (UPV) ha desarrollado uno de los atlas estructurales del cerebro humano más completos y detallados hasta la fecha.
HoliAtlas, será especialmente útil para el estudio diagnóstico temprano y más preciso de enfermedades neurológicas y neurodegenerativas, como Alzheimer o Parkinson.
El nuevo mapa está basado en imágenes de resonancia magnética (MRI) multimodales de ultra-alta resolución y supera ampliamente el nivel de detalle de los atlas existentes basados en imágenes de resonancia magnética.
Este atlas proporciona una visión holística de la anatomía cerebral en múltiples niveles y escalas, constituyendo un valioso recurso para métodos de segmentación, investigación y educación.
El trabajo, publicado en la revista Scientific Reports (Nature), ha sido liderado por el profesor José V. Manjón, coordinador del grupo MIALAB de ITACA-UPV, en colaboración con instituciones internacionales como el CNRS y la Universidad de Burdeos, así como con centros españoles y europeos.
Diagnósticos y tratamientos más personalizados
«HoliAtlas» ofrece una representación completa y multinivel del cerebro, desde estructuras globales hasta subestructuras muy específicas, de forma holística.
Su resolución y su integración multimodal facilitan la identificación de estructuras profundas y permiten desarrollar métodos de segmentación automática más precisos, mejorar el análisis morfológico y detectar cambios anatómicos muy sutiles.
«Disponer de atlas cerebrales cada vez más precisos es clave para comprender la arquitectura del cerebro humano, integrar datos de distintos estudios y avanzar hacia diagnósticos y tratamientos más personalizados”, explica José Vicente Manjón, responsable del grupo MIA-LAB de ITACA-UPV.
Un salto en resolución y detalle anatómico
Los atlas cerebrales funcionan como mapas de referencia, esenciales para localizar estructuras anatómicas con precisión y comparar datos entre estudios o poblaciones. Además, son herramientas clave tanto en la investigación neurocientífica como en aplicaciones clínicas, como la planificación de cirugías o el análisis de enfermedades neurológicas.
“Hasta ahora, la mayoría de los atlas basados en MRI tenían una resolución aproximada de 1 mm3.
El nuevo atlas desarrollado alcanza una resolución de 0,125 mm³, lo que permite observar estructuras cerebrales mucho más pequeñas y complejas”, señala Sergio Morell, investigador del grupo MIA-LAB de ITACA y coautor del estudio.
Basado en datos de 75 cerebros sanos
Para construir este atlas, los investigadores utilizaron imágenes cerebrales de 75 voluntarios sanos provenientes del prestigioso Human Connectome Project, uno de los mayores repositorios internacionales de datos de neuroimagen.
A partir de estos datos, aplicaron técnicas avanzadas de procesamiento y normalización para generar un modelo promedio del cerebro.
Su creación implicó el uso de imágenes y segmentaciones de 75 sujetos sanos, empleando contrastes de RM ponderados en T1, T2 y sustancia blanca (WMn) con una resolución de 0,125 mm³.
Integración:
La contribución única de HoliAtlas reside en la integración de diversos protocolos de delineación provenientes de siete paquetes de software.
Este proceso de integración incluye pasos de corrección, como la corrección de errores tisulares, para refinar y mejorar la precisión de las etiquetas.
Este enfoque no solo sintetiza información de diferentes fuentes, sino que también rectifica errores sistemáticos, lo que da como resultado un atlas más fiable.
Durante la integración del atlas, las superposiciones de etiquetas se resolvieron mediante reglas de prioridad y consistencias anatómicas predefinidas y específicas para cada estructura, evitando la sobrescritura de estructuras inconsistentes.
Esta estrategia jerárquica garantizó la consistencia y la reproducibilidad de la segmentación final.
La naturaleza multimodal del atlas, que abarca contrastes de resonancia magnética T1w, T2w y WMn, amplía su capacidad descriptiva al ofrecer múltiples perspectivas del mismo órgano.
La generación de etiquetas multiescala de holiAtlas facilita un uso versátil, adaptándose a diversas necesidades de investigación, desde el análisis de la subestructura hasta el análisis general del órgano.
Durante la creación del atlas, que duró casi tres años y contó con la participación de numerosas personas, se hizo hincapié en la importancia de la corrección manual y el control de calidad en el proceso de integración.
Aplicaciones
A diferencia de otros atlas, el atlas propuesto se basa en lo que se puede observar y medir en imágenes de RM in vivo reales, en lugar de utilizar imágenes histológicas que, si bien ofrecen una resolución espacial impresionante, no coinciden directamente con las imágenes de RM adquiridas.
La mayor resolución y densidad de etiquetas del atlas propuesto puede permitir la detección temprana de enfermedades neurológicas al centrarse en atrofias subestructurales en lugar de atrofias estructurales, que pueden ser más difíciles de detectar, entre ellas:
- La atrofia característica de la amígdala y el hipocampo en la Enfermedad de Alzheimer se debe principalmente a la reducción de volumen de los núcleos amigdalinos laterales y corticales y a la neurodegeneración en el subcampo CA1; por lo tanto, el análisis a nivel de subestructura promete ser beneficioso.
- Una situación similar se observa en la Enfermedad de Parkinson, donde las reducciones de volumen en el hipocampo y el putamen son frecuentes y en las diversas presentaciones clínicas de la demencia frontotemporal.
En resumen, la alta resolución y la mayor densidad de etiquetas del presente atlas mejorarán el análisis de casos individuales a nivel subestructural.
Conclusiones
“En su nivel más detallado, el atlas incluye hasta 350 regiones anatómicas obtenidas mediante la integración de siete protocolos de segmentación diferentes, combinando herramientas de análisis neuroanatómico, algoritmos de inteligencia artificial y correcciones manuales de expertos”, concluye Sergio Morell.
Las características multimodales, multiescala y de ultra alta resolución del HoliAtlas lo posicionan como un activo significativo para la comunidad neurocientífica, ofreciendo nuevas vías para comprender las intrincadas complejidades del cerebro humano.
HoliAtlas, constituye una contribución novedosa al campo de la investigación neurocientífica y la neuroimagen.
