El logro es considerado un hito dentro de la comunidad científica dado que permitiría entender mejor el funcionamiento de los circuitos neuronales
Un grupo de investigadores presentó por primera vez el mapa completo de conexiones neuronales de un ser adulto. En este caso, se trata del cerebro de la mosca de fruta también conocida como drosophila melanogaster, incluyendo la totalidad de sus 139 255 neuronas y los 50 millones de enlaces entre ellas.
Este hito ha sido llevado a cabo por una gran colaboración internacional de científicos, llamada Consorcio FlyWire. Este incluye investigadores del Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica (MRC, por sus siglas en inglés) y de las universidades de Princeton, Vermont y Cambridge. El estudio está publicado en la revista científica Nature.
El diagrama de las 139 255 neuronas del cerebro de una mosca adulta es el primero de un cerebro completo de un animal que puede caminar y ver.
En el pasado se han realizado diagramas completos de cerebros mucho más pequeños. Por ejemplo, para el de una larva de mosca de la fruta, que tiene 3 016 neuronas, y el de un gusano nematodo, que cuenta con 302 neuronas.
¿Por qué es importante?
Los investigadores argumentan que el mapa completo del cerebro de la mosca de fruta es un primer paso clave para completar cerebros más grandes.
Dado que la mosca de la fruta es una herramienta común en el mundo de la investigación, su mapa cerebral se puede utilizar para mejorar la comprensión de cómo funcionan los circuitos neuronales.
Los científicos descubrieron que había similitudes sustanciales entre el cableado de este mapa y esfuerzos anteriores a menor escala que habían mapeado partes del cerebro de la mosca.
Esto llevó a los investigadores a concluir que existen muchas similitudes en el cableado entre cerebros individuales y que cada cerebro no es una estructura única como un copo de nieve.
Al comparar su diagrama cerebral con esquemas anteriores de pequeñas áreas del cerebro, los investigadores también encontraron que alrededor del 0,5 % de las neuronas tienen variaciones de desarrollo, lo que podría provocar que las conexiones entre neuronas estén “mal cableadas”.
Los investigadores dicen que esta será un área importante para futuras investigaciones a la hora de entender si estos cambios están relacionados con la individualidad o con trastornos cerebrales.
Mapa del cerebro de la mosca de fruta
Para tener una mejor idea de la magnitud del estudio, el cerebro entero de una mosca mide menos de un milímetro de ancho.
Los investigadores comenzaron con un cerebro femenino cortado en 7 mil rebanadas. Una rebanada tiene solo 40 nanómetros de espesor. Para tener una idea del diminuto tamaño de cada rebanada, un milímetro equivale a 1 millón de nanómetros.
Las mismas fueron escaneadas previamente mediante microscopía electrónica de alta resolución en el laboratorio del colíder del proyecto Davi Bock, entonces en el Janelia Research Campus en Estados Unidos. Se obtuvieron así más de 100 terabits de datos.
Analizar semejante cantidad de volumen de datos en imágenes (que equivale al almacenamiento de 100 computadoras portátiles típicas), para extraer las formas de aproximadamente de las 139. 255 neuronas y 50 millones de conexiones entre ellas representaba un desafío demasiado grande para que los humanos lo completen manualmente.
Por esta razón, los investigadores se basaron en un modelo de inteligencia artificial (IA) desarrollado en la Universidad de Princeton para identificar y mapear las neuronas y sus conexiones entre sí.
Sin embargo, la IA todavía comete muchos errores en conjuntos de datos de este tamaño.
La Universidad de Princeton creó el Consorcio FlyWire, integrado por equipos de más de 76 laboratorios y 287 investigadores de todo el mundo. También voluntarios del público en general, que dedicaron un esfuerzo de aproximadamente 33 años a revisar minuciosamente todos los datos.
Los investigadores también apuntaron muchos detalles en el diagrama de cableado, como la clasificación de más de 8. 000 tipos de células en todo el cerebro, lo que les permitiría a futuro seleccionar sistemas específicos dentro del cerebro para estudios más a fondo, como las neuronas involucradas en la vista o el movimiento.
Otros hallazgos importantes
Este es también el primer mapa del cableado completo del cerebro, a menudo llamado conectoma, que predice la función de todas las conexiones entre neuronas.
Las neuronas utilizan señales eléctricas para enviar mensajes. Cada neurona puede tener cientos de ramificaciones que la conectan con otras neuronas. Los puntos donde estas ramificaciones se encuentran y transmiten señales entre neuronas se denominan sinapsis.
Hay dos formas principales en que las neuronas se comunican a través de las sinapsis:
- Excitatoria (que promueve la continuación de la señal eléctrica en la neurona receptora)
- Inhibitoria (que reduce la probabilidad de que la siguiente neurona transmite señales)
Los investigadores del equipo también utilizaron tecnología de escaneo de imágenes de IA para predecir si cada sinapsis era inhibitoria o excitatoria.
El estudio se realizó utilizando un cerebro de la mosca de fruta hembra. Dado que existen diferencias en la estructura neuronal entre los cerebros de las moscas macho y hembra, los investigadores planean en el futuro caracterizar también un cerebro masculino.
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