Mapean el cerebro de un insecto con un detalle sin precedentes
Se trata de una larva de mosca de la fruta. Los científicos han tardado 12 años en trazar las células nerviosas y las conexiones de su pequeño cerebro.
Anteriormente, solo tres organismos, un chorro de mar (ascidia) y dos tipos de gusanos, tenían sus circuitos cerebrales completamente diagramados con la resolución que acaban de conseguir ahora. Pero los cerebros de esas criaturas tienen apenas unos pocos cientos de neuronas. El reto ha sido superado y con creces con la conclusión del primer mapa del cerebro de un animal mucho más complejo a nivel cerebral. Todas las células nerviosas, y prácticamente todas las conexiones entre ellas en el cerebro de una larva de mosca de la fruta (Drosophila melanogaster), han sido mapeadas.
"Si queremos entender quiénes somos y cómo pensamos, parte de eso es comprender el mecanismo del pensamiento", explica Joshua T. Vogelstein, ingeniero biomédico de Johns Hopkins que se especializa en proyectos basados en datos, incluida la conectómica, el estudio de las conexiones del sistema nervioso. "Y la clave para eso es saber cómo se conectan las neuronas entre sí".
Cableado cerebral
El meticuloso trabajo les ha llevado a los científicos de las universidades Johns Hopkins y Cambridge hasta 12 años en completarlo (la obtención de imágenes de una sola neurona requirió aproximadamente un día, según los científicos). El mapa resultante, conocido como conectoma (y una piedra angular de la neurociencia), muestra las ubicaciones de las 3.016 neuronas en el cerebro de la larva de la mosca de la fruta. Las 548.000 sinapsis que conectan esas células cerebrales permiten que las células se comuniquen químicamente entre sí, lo que a su vez hace que se envíen señales eléctricas a través del cableado de las células (la sinapsis permite la comunicación entre neuronas).
"Ahora tenemos un cerebro de referencia", dijo la neurocientífica de la Universidad de Cambridge y coautora del estudio que publica la revista Science, Marta Zlatic. Y este mapa representa un avance significativo respecto a esfuerzos anteriores.
Mapa del cerebro
Un mapa de referencia
El cerebro utilizado es mucho más parecido al cerebro humano que los modelos anteriores, salvando las diferencias (el cerebro humano tiene aproximadamente 86.000 millones de neuronas y cientos de billones de sinapsis). El cerebro de la mosca de la fruta es interesante porque posee un cerebro complejo pero compacto y con muchas similitudes con el humano.
Para completar su investigación, el equipo logró usar un microscopio electrónico para obtener imágenes de miles de cortes del diminuto cerebro del insecto. Luego juntaron las imágenes y las agregaron a los datos que ya habían recopilado, marcando meticulosamente todas y cada una de las conexiones entre las neuronas. Finalmente, el equipo encontró las conexiones por donde pasa la información entre las células, e incluso determinó los extremos de envío y recepción. Descubrieron que casi el 75 por ciento de las neuronas mejor conectadas estaban vinculadas al centro de aprendizaje del cerebro.
El equipo sugiere que el próximo paso será aprender más sobre la estructura neuronal involucrada en ciertas funciones de comportamiento, como el aprendizaje y la toma de decisiones, y observar la actividad de todo el conectoma mientras el insecto modelo aún está activo.
"Lo que aprendimos sobre el código de las moscas de la fruta tendrá implicaciones para el código de los humanos", aclaró Vogelstein. "Eso es lo que queremos entender: cómo escribir un programa que conduzca a una red cerebral humana".
El trabajo sustentará -probablemente- futuras investigaciones sobre el cerebro (por el momento, nuestra tecnología no nos permite mapear el conectoma de especies más compleja como los grandes mamíferos) e inspirará nuevas arquitecturas de aprendizaje automático.
Referencia:
Michael Winding et al. The connectome of an insect brain. Science, 2023 DOI: 10.1126/science.add9330