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Silvana TapiaJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasBorja Tosarconectoma estructural y conectoma funcionalratón con conectoma funcional reconstruidosinapsis entre neuronas en ratónrepresentación tridimensional del conectoma funcionalFrancis VillatoroJuan CarlosUMAAPimágenes 3DNature CommunicationUMAP
Reconstrucción imágenes tridimensionales conectoma estructural
Con
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Francis Villatoro explica la diferencia entre el conectoma estructural y el conectoma funcional, destacando este último como el más popular y recientemente reconstruido en un ratón.
…experimental es el tema del conectoma. El conectoma es básicamente como se conectan las neuronas unas con otras y tiene básicamente como dos perfiles diferentes. En algunas notas de prensa asociadas a este artículo se han confundido ambas versiones. Una versión es lo que llaman el conectoma estructural y otro es lo que llaman el conectoma funcional, el conectoma que está de moda, el que nos gusta, ese que hemos visto ahí. Se ha logrado en un milímetro cúbico de cerebro de ratón; se ha logrado reconstruir el conectoma completo, es el funcional, es el que especifica cómo se conecta cada neurona y con qué otras neuronas se conecta, y tengo una representación tridimensional de las conexiones, de las sinapsis entre diferentes neuronas. Ese es el conectoma funcional, el asociado a la función y el que se cree que cuando se logre el conectoma humano, pues podremos de Alguna forma, entre comillas, trasladar el conectoma humano de un humano vivo a una máquina. Y supuestamente podría ocurrir, aunque se sabe que esa máquina fue funcionada con cierta analogía al funcionamiento del humano copiado. Sería como trasladar lo que…
Significado #1 · Palabras #1
Francis Villatoro explica la diferencia entre el conectoma estructural y el conectoma funcional, destacando este último como el más popular y recientemente reconstruido en un ratón.
Habla: Francis VillatoroSignificado #1 · Palabras #1conectoma estructural y conectoma funcionalratón con conectoma funcional reconstruidosinapsis entre neuronas en ratónrepresentación tridimensional del conectoma funcional…experimental es el tema del conectoma. El conectoma es básicamente como se conectan las neuronas unas con otras y tiene básicamente como dos perfiles diferentes. En algunas notas de prensa asociadas a este artículo se han confundido ambas versiones. Una versión es lo que llaman el conectoma estructural y otro es lo que llaman el conectoma funcional, el conectoma que está de moda, el que nos gusta, ese que hemos visto ahí. Se ha logrado en un milímetro cúbico de cerebro de ratón; se ha logrado reconstruir el conectoma completo, es el funcional, es el que especifica cómo se conecta cada neurona y con qué otras neuronas se conecta, y tengo una representación tridimensional de las conexiones, de las sinapsis entre diferentes neuronas. Ese es el conectoma funcional, el asociado a la función y el que se cree que cuando se logre el conectoma humano, pues podremos de Alguna forma, entre comillas, trasladar el conectoma humano de un humano vivo a una máquina. Y supuestamente podría ocurrir, aunque se sabe que esa máquina fue funcionada con cierta analogía al funcionamiento del humano copiado. Sería como trasladar lo que…
Francis Villatoro explica que el artículo en cuestión estudia el conectoma estructural, definiéndolo como la parte de materia blanca del encéfalo y describiendo cómo los fascículos son haces de axones que conectan diferentes regiones cerebrales.
Habla: Francis VillatoroSignificado #11 · Palabras #3conectoma estructural asociado materia blancadiferenciación materia gris y materia blancaaxón neuronal y glía en materia blancasistema nervioso periférico y nervios de axonesconectoma estructural y materia blancafascículos como haces de axonesconexión entre regiones cerebralesestudio del conectoma estructuralconectoma estructural estudia fascículosfascículos conectan regiones del cerebroaxones conectan neuronas en fascículos…analogía al funcionamiento del humano copiado. Sería como trasladar lo que eres tú a una máquina. Eso no se sabe si se logrará algún día y mi opinión personal es que no se va a lograr nunca. Pero hay gente, mucha gente y mucho dinero trabajando en ese tema. Pero aquí se trabaja con otro conectoma, con el conectoma estructural. El conectoma asociado no a la materia gris, sino a la materia blanca. Recordemos que en el encéfalo se diferencia y en el sistema nervioso central, y en el sistema nervioso periférico se diferencia entre materia gris y materia blanca. Materia gris básicamente es el soma, el cuerpo de la neurona, y la materia blanca es el axón de la neurona y todo lo que tiene alrededor de la neurona, la glía, etcétera, todas las células, muchísimas células que acompañan a las neuronas y que le ayudan a sobrevivir, que le dan energía, que le dan ciertas propiedades y son fundamentales en la parte blanca. Por ejemplo, los nervios, cuando dibujamos el sistema nervioso periférico, los nervios están hechos de haces de muchos axones y eso es materia blanca. Bien, pues lo que estudia este artículo es el conectoma estructural, que el conectoma estructural es básicamente la parte de materia blanca; aquí se estudia en el encéfalo, es decir, tenemos ciertos grupos de neuronas de una región del encéfalo, llamemos el cerebro, que se conectan con otra región del cerebro. Entonces hay unas cosas que se llaman fascículos, que son unos grandes haces de axones de neuronas que conectan una parte del cerebro con otra parte. Bien, pues eso es lo que se representa o lo que se estudia: una de las cosas que se estudian en el campo del conectoma estructural. ¿Cómo esas grandes regiones del cerebro se conectan unas con otras gracias a esos fascículos, esos grandes ovillos, hilos, grupos de hilos o a modo de hilos que son los axones que conectan neuronas de un lugar a otro? Esto es diferente; es decir, realmente no estamos viendo el conectoma, la sinaxis como tales, no estamos viendo realmente lo. Que creemos que es la clave del funcionamiento del encéfalo, sino lo que estamos viendo es una relación entre regiones del encéfalo, bajo la hipótesis de que el encéfalo es regionalizable, que es una hipótesis de la neurociencia desde principios del siglo XX,…
Francis Villatoro explica que una técnica desarrollada en 2010 permite reconstruir imágenes tridimensionales de la conectividad estructural del encéfalo a partir del análisis de la difusión del agua.
Habla: Francis VillatoroSignificado #2 · Palabras #7difusión anisótropa del agua cerebralfascículos o hilitos de axonesreconstrucción imágenes tridimensionales fascículosvectorcitos de fase y conectividad estructuralrepresentación conectividad estructural encéfaloreconstrucción imágenes tridimensionales conectoma estructuraltécnica de difusión del agua 2010imagen 3d conectividad encéfalo 2025vóxeles para reconstrucción tridimensionalanisotropía en tres direcciones coordenadaslóbulo transversalmente en imagenología cerebralreconstrucción de lóbulos cerebrales…Eso yo en la imagen, cuando diferencio, cuando se dividen las imágenes, pero bueno, cuando aplico una operación sobre las dos imágenes que comparo, eso acaba dando un valor muy bajo, y digo: ahí no hay nada, ahí no hay nada de lo que me interesa. pero en los lugares en los que hay una difusión anisótropa, porque está guiada por esos esos hilos de axones, pues el agua se mueve y mantiene, digamos, la orientación. Hay como que las moléculas de agua se están moviendo en un cierto sentido y eso me va manteniendo las fases y tengo una cierta continuidad de la fase. Entonces, reconstruyendo esas imágenes de esos vectorcitos de fase, yo reconstruyo cada uno de los hilitos. Entonces, yo tengo unas imágenes en 3D, que son imágenes muy bonitas, en las que se ven muchos hilos, como hilitos dibujados como pequeños cilindros. ¿Cindritos que se curvan? y los coloreo con diferentes colores en función de la región de la que parten a la región a la que van y tengo una representación de la conectividad estructural de un encéfalo debido a esos axones. Esa es la técnica a nivel del año 2010; ahora en 2025, desde hace dos o tres años, se ha construido, se ha logrado obtener no solo un pequeño ángulo para la imagen en 2D, sino una imagen 3D en. La que tengo vóxeles, en lugar de tener imágenes planas hago una reconstrucción en pequeños volúmenes; en lugar de píxeles tengo vóxeles y en esos píxeles yo tengo una estimación de la anisotropía en las tres direcciones coordenadas. En la dirección arriba-abajo, en la dirección adelante-atrás y en la dirección izquierda-derecha. Con lo que yo, en lugar de tener una pequeña flechita, como tenía antes en la imagen plana, con un cierto ángulo, lo que tengo ahora es una especie de volumen tridimensional que se suele dibujar en forma de dos lóbulos: un lóbulo hacia la izquierda y otra derecha, un lóbulo transversalmente, un lóbulo hacia arriba y otro hacia abajo y un lóbulo hacia adelante y hacia atrás y cada Uno con un cierto color dependiendo de la intensidad con la que el lóbulo se dibuja, el tamaño de cada lóbulo y además coloreado. O sea, son unas imágenes hoy en día muy avanzadas de alta resolución en imágenes por resonancia magnética nuclear de difusión y…
Francis Villatoro explica cómo estudios realizados a partir de 2010 han analizado la evolución del conectoma estructural con la edad.
Habla: Francis VillatoroSignificado #7 · Palabras #9conectoma estructural y edadestudios conectoma estructural 2010nature communication y conectomas4700 pacientes en estudios conectomas…en parte las que se han usado en este estudio. Entonces, todo esto lo que quiero decir es que lo que obtenemos básicamente es eso: es cómo los axones de las neuronas de una cierta región se conectan con neuronas en otra región, y lo que tengo son esos hilos. Ya en el año 2010, ya hubo varios estudios en 2010, 2012, en los que estudiaron cómo cambia la topología de este conectoma estructural con la edad. Pero claro, hay estudios específicos con cierto número de pacientes. Este nuevo trabajo que se publica en Nature Communication ha utilizado prácticamente todas las bases de datos de estudios de este tipo disponibles, que son muchísimas, y tiene un acorte de pacientes enormes; creo que eran 4.700, algo así que recordar, eran una barbaridad de pacientes, con lo que tenemos un estudio de muy alta resolución. Combinando bases de datos, si queréis catálogos, lo que sería en astrofísica cartografiado de estrellas, pues aquí son catálogos de imágenes de resonancia magnética por difusión. Claro, si son catálogos diferentes, catálogos de personas con edades entre pocos…
Francis Villatoro explica que para estudiar datos de conectomas estructurales obtenidos de múltiples estudios es necesario armonizar la información y aplicar técnicas para hacer los catálogos de imágenes comparables.
Habla: Francis VillatoroSignificado #12armonización datos conectomas estructuralescatálogos imágenes comparables francis villatorotécnicas armonización sesgo potencialdiagramas conectoma estructural edadárboles sin hojas conectomas individualesanálisis información conectoma complicado…que algunos estudian personas con edades en un amplio rango, otros estudios son específicos, pues solo de niños menores de 5 años o solo de adolescentes o solo de adultos entre 20 y 40 años, depende del estudio; hay muchos estudios que se han combinado. Claro, eso requiere poder estudiar como un único conjunto de datos, información que viene de muchos estudios diferentes: una armonización de los datos. Hay que aplicar una técnica que haga que los diferentes catálogos de imágenes que se han utilizado sean comparables entre sí. Entonces, se han aplicado una serie de técnicas de armonización; no voy a entrar en detalles porque tampoco sé si se ha hecho bien o mal, porque yo no soy experto en esos detalles, pero en apariencia se aplica eso. Y sí, comenta, por cierto, en las conclusiones que cuidado, que puede que alguna de las cosas que se han observado dependan de la técnica de armonización usada, porque ahí podría haber algún tipo de sesgo; se comenta en el artículo, supongo que eso lo habrán. Pedido los revisores que lo comenten. Tengo un conjunto de diagramas; son como, imaginaros, como un árbol sin hojas, como diferentes árboles con estructuras muy distintas, que van cambiando con la edad y que van en diferentes individuos. Y ahora tú dices: ¿Y cómo yo analizo eso? Porque es una información muy complicada. Si tú miras las imágenes de diferentes individuos, el resultado Final es que son como comparar dos árboles, es decir, este árbol y este árbol. Pero bueno, los botánicos son capaces de identificar el árbol por el tronco, no sé qué decir, pues este parece más naranjo, este parece más roble, ¿no? O sea, hay cosas que…
Francis Villatoro explica cómo la aplicación de parámetros estándar de teoría de grafos a imágenes del conectoma estructural resulta en una dispersión significativa de datos.
Habla: Francis VillatoroSignificado #16métricas estándar teoría de grafoseficiencia global conectoma estructuralhipótesis mundo pequeño villatorodispersión significativa conectoma estructuralimágenes del conectoma parámetros grafosedad treinta años dispersión datosajuste polinómico a las líneas…comparar dos árboles, es decir, este árbol y este árbol. Pero bueno, los botánicos son capaces de identificar el árbol por el tronco, no sé qué decir, pues este parece más naranjo, este parece más roble, ¿no? O sea, hay cosas que diferencian esas imágenes. Entonces lo que han decidido es utilizar técnicas de grafos, han dicho vamos a simplificar toda la información que tienen estas imágenes, es extremadamente complicada y vamos a utilizar métricas que se utilizan en teoría de grafos y han utilizado 12 métricas de teoría de grafos, son métricas entre comillas estándares, eficiencia global, longitud promedio característica, si se cumple la hipótesis de mundo pequeño, etc. o sea, modularidad, son una serie de parámetros estándares del mundo de la teoría de grafos y claro, cuando tú Aplicas esos parámetros a todas las imágenes que tienen; lo que te encuentras es una nube de puntos con una dispersión terrible, terrible, terrible; o sea, te encuentras para una cierta edad, 30 años, pues te encuentras un valor que está pues aquí abajo y otro que está pues aquí arriba y tienes toda una distribución y entonces promedian todos esos números y obtienen una curva que más o menos sigue, más o menos, es un ajuste polinómico a esas líneas. Esto es un punto importante que hay que tener en cuenta, es decir, hay una enorme diversidad entre los individuos para estos parámetros de grafos. Claro, tú dices, pero ¿han elegido bien estos 12 parámetros? ¿Por qué estos 12 parámetros y no otros? Bueno,…
Francis Villatoro explica cómo se utiliza el análisis no lineal para agrupar curvas en el estudio de conectomas estructurales, construyendo una variedad tridimensional y un parámetro efectivo.
Habla: Francis VillatoroPalabras #2técnica umaap para conectomas estructuralesanálisis de componentes principales y umaapagrupación de curvas con técnica umaap12 curvas agrupadas en tres gruposanálisis no lineal de conectomas estructuralesvariedad tridimensional y análisis de curvasparámetro efectivo para agrupar curvasmenifor construida por francis villatoro…12 curvas. Bueno, a veces parece que veo que hay unos máximos y unos mínimos en esas curvas promedio que más o menos parece que coinciden en edad, porque son curvas entre 0 y 90 años; parece que coinciden en edad, pues aplican una técnica que se llama de UMAAP, que es una técnica que te construye una estructura tridimensional, tres ejes, no es un análisis de componentes principales, pero se parece, te agrupa, cuando tienes muchos datos diferentes, te agrupa los datos por conjuntos en los que, aquí tenemos 12 curvas, Agrupa las curvas, en este caso en tres grupos de curvas, que se supone que tienen un comportamiento aparentemente equivalente, no linealmente equivalente. La técnica de análisis de componentes principales es una técnica que se usó en el artículo que ha dicho Juan Carlos; es una técnica de análisis lineal. Pero aquí no, aquí es una técnica de análisis no lineal y que lo hace es construir una menifor, construir una variedad tridimensional asociada a estas curvas entonces yo construyo un parámetro efectivo, es decir, una curva efectiva que agrupa a un grupito de curvas entonces yo de las 12 las he partido en 3 bloques, un bloque con 4, otro bloque con 2 y otro bloque con 6 que cuando tú las miras, pues hombre, tú no ves que sean parecidas, pero es que el algoritmo, esto es un algoritmo que ellos dicen, yo he usado este algoritmo, y esto es lo…
Francis Villatoro describe el proceso mediante el cual los autores del estudio transforman datos complejos sobre la conectividad estructural entre nervios en diferentes edades e individuos en una curva tridimensional abstracta.
Habla: Francis VillatoroSignificado #15 · Palabras #16conectomas estructurales entre 0 y 90 añoscurva umap con topología curiosapuntos de transición en la curva umapedades 9 32 66 y 83 añosconectividad estructural nervios edadescurva tridimensional conectividad estructuralalgoritmo comportamiento raro doctores…no ves que sean parecidas, pero es que el algoritmo, esto es un algoritmo que ellos dicen, yo he usado este algoritmo, y esto es lo que me da, este algoritmo viene en Python, es público, así que el que lo aplique va a obtener el mejor resultado que yo, y me Dice que tengo tres curvas representativas de esos grupitos de curvas, que cuando tú lo miras, ya les digo, hay dudas, pero bueno, es opinión visual; y entonces ahora con esas tres curvas construyen una única curva en 3D como si fuera cada una de esas, entre 0 y 90 años. Pues construyen una curva que en 3D que tiene una topología bastante curiosa y bastante llamativa; y ahora de esa curva es la que extraen los que llaman puntos de transición, puntos de cambio, turning points, puntos en los que cambia, digamos, la curva, pero cambia esa curva obtenida por la técnica UMAP y ahí identifican esas edades de 9, 32, 66 y 83 años como edades en las que esta curva UMAP cambia. Fijaros lo que hemos hecho, nos hemos ido, de tener Una serie de árboles de conectividad estructural entre nervios en diferentes partes del encéfalo para diferentes edades en diferentes individuos, que es una cosa extremadamente complicada de entender, a construir un objeto abstracto, que es una curva en tres dimensiones, que tiene un comportamiento muy raro, que proviene de un algoritmo que realmente ni los doctores parecen entender, ni parece fácilmente entendible. Que me construye una cierta curva y en la que yo veo una serie de cambios en los que sube, baja, sube, baja y digo: si este mínimo pues es un turning point, este es una edad, este máximo es otra edad y lo voy colocando. Claro, ahora tú dices: si yo ahora miro…
Francis Villatoro explica cómo los autores del estudio identifican parámetros que varían monótonamente en diferentes etapas de la vida para analizar conectomas estructurales.
Habla: Francis VillatoroPalabras #6parámetros edad conectoma estructuralconectomas estructurales etapas vidaidentificación individuo conectoma estructural…Y entonces ya, pues esa curva te da esos cambios en las pendientes de la curva asociados a 9, 32, 66 y 83 años y ahora interpretan que eso significa que hay una evolución de los parámetros de cada, de estos parámetros asociados a la estructura de grafos, ¿eh? En cada una de estas etapas y dicen, pues, entre 0 y 9 años, ¿qué parámetros crecen o decrecen? De manera monótona. Pues esos parámetros son parámetros que me permiten identificar un individuo, qué edad tiene a nivel de conectoma estructural entre 0 y 9 años. Entre 9 y 32, ahora son otros parámetros distintos, los Que representan bien la asociación entre la edad entre 9 y 32 con otros parámetros. Aquí el parámetro 4, el 7 y el 8; aquí el 11, el 2 y el 3. En cada trozo de edad se obtienen qué parámetros son los que mejor reflejan la evolución de esa edad. Y ahora…
Francis Villatoro critica un artículo científico, argumentando que se basa en técnicas de análisis matemático sin una interpretación clara y sobre métricas elegidas arbitrariamente.
Habla: Francis VillatoroPalabras #13métricas arbitrarias análisis matemáticoconectoma estructural complejidad extremaespacios bidimensionales simplificación arbitraria…17, sobre este tema y dicen, joder, exista, perdón, están diciendo cosas muy parecidas, ya han dicho otros. Para esta edad que ha sido estudiada con aquel artículo, están diciendo lo mismo que decían los otros, pero si los otros tenían mucha menos precisión. Entonces yo os digo: es un artículo bonito de ver, pero en el que estás construyendo una enorme montaña a partir de una serie de técnicas de análisis matemático que no sabes qué valor tienen, no tienes una capacidad interpretativa; lo dicen en varias ocasiones. No sabemos interpretar estos datos, son datos de extrema complejidad; es que el conectoma estructural es extremadamente complejo, tan complejo no es, pero quiero decirte: hay muchos estudios que lo estudian, entonces construyes sobre una serie de métricas elegidas de forma completamente arbitraria con técnicas de agregación, de simplificación de ese espacio multidimensional en un espacio tridimensional y en espacios bidimensionales que no son fácilmente justificables; yo meto estos resultados aquí y esos resultados y a ver qué me sale. Y lo que me sale es lo que comento. Y ya os digo: es un artículo que a mí me, digamos, me ha gustado porque me ha obligado a entender un poquito cómo funciona la MRI de difusión, a leerme unos cuantos artículos sobre ese tema, pero un artículo que me ha decepcionado porque no me creo…
Francis Villatoro continúa su crítica a un artículo científico sobre conectomas estructurales, señalando la creación de 968 diagramas UMAP, pero analizando solo uno para extraer conclusiones.
Habla: Francis VillatoroPalabras #10diagramas umap para conectoma estructuralconfiguración topológica del conectoma estructuralsesgos en la elección de diagramas umap…efectivamente es como que hay muchas dimensiones aquí, o sea, hay mucha complejidad intrínseca, ¿no? ¿Y en qué te tienes que fijar para poder sacar conclusiones limpias y claras de algo tan... bueno, no lo sé, es complejo la verdad. Sí, es muy complejo. Yo os digo: ellos han creado ahora estoy viendo el número, 968 UMAPs. Pero solo te enseñan uno y solo te analizan uno y la conclusión fundamental del artículo, que son esas edades en las que hay un cambio en, te comillas, la configuración topológica del conectoma estructural, he extraído de uno de ellos. Y en la parte de métodos te aclaran que, bueno, es que es muy complicado saber cuál es el bueno. Y entonces, pues, hay que elegir uno, pues, han elegido el que, pues, probablemente, cuando tienes que elegir entre 968 y 1 y todos son distintos, pues, eliges el que mejor se adapta a tus sesgos. Vale. ¿Y qué te permite escribir mejor el relato y escribir un artículo que parezca más razonable y que esté más de acuerdo con lo que se ha publicado en artículos previos? Aquí hay mucho trabajo en el que constantemente están diciéndote, y seguro que no te crees…