Revelan el mapa más detallado de un cerebro animal: ¿qué significa este avance?
El primer mapa de todas las neuronas y conexiones del cerebro de mosca de fruta adulta fue realizado por la colaboración internacional de científicos llamada Consorcio Flywire, así lo dieron a conocer en un artículo publicado en la revista especializada Nature este miércoles 2 de octubre.
El diagrama muestra las 139 mil 255 neuronas y 50 millones de conexiones del cerebro de una mosca adulta y es el primer mapa completo del cerebro de un animal que puede caminar y ver.
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Los investigadores dijeron que el mapa completo del cerebro de la mosca es un primer paso clave para completar cerebros más grandes.
Este mapa cerebral puede utilizarse para avanzar en la comprensión de cómo funcionan los circuitos neuronales, dado que la mosca de la fruta es una herramienta común en la investigación.
“Si queremos entender cómo funciona el cerebro, necesitamos una comprensión mecanicista de cómo todas las neuronas encajan entre sí y te permiten pensar. En el caso de la mayoría de los cerebros, no tenemos ni idea de cómo funcionan estas redes” dijo Gregory Jefferis, de la Universidad de Cambridge, quien fue uno de los codirectores de la investigación.
“Las moscas pueden hacer todo tipo de cosas complicadas, como caminar, volar, navegar y los machos cantan a las hembras. Los diagramas de cableado cerebral son un primer paso para comprender todo lo que nos interesa: cómo controlamos nuestro movimiento, respondemos al teléfono o reconocemos a un amigo”, agregó Jefferis.
¿Qué reveló el cerebro de la mosca de fruta?
Los científicos descubrieron que existían similitudes sustanciales entre el cableado de este mapa y los conocidos previamente en ejercicios anteriores. Esto llevó a los investigadores a concluir que existen muchas similitudes en el cableado entre cerebros individuales, que cada cerebro no es una estructura única como un copo de nieve.
Ademas, al comparar este nuevo mapa del cerebro adulto de una mosca de fruta con otros diagramas de áreas pequeñas del cerebro, los investigadores también descubrieron que aproximadamente el 0,5% de las neuronas tienen variaciones de desarrollo que podrían causar que las conexiones entre neuronas estén mal conectadas.
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Los investigadores dicen que ésta será un área importante en futuras investigaciones para comprender si estos cambios están relacionados con la individualidad o los trastornos cerebrales.
Los investigadores también anotaron muchos detalles en el diagrama de cableado, como la clasificación de más de ocho mil tipos de células en todo el cerebro.
Esto también permitirá a los investigadores seleccionar sistemas particulares dentro del cerebro para un estudio más profundo, como las neuronas involucradas en la vista o el movimiento.
¿Cómo fue posible mapear el cerebro de una mosca de fruta?
Los investigadores comenzaron con un cerebro de hembra cortado en siete mil rebanadas, cada una de apenas 40 nanómetros de espesor, que fueron escaneadas previamente utilizando microscopía electrónica de alta resolución en el laboratorio del codirector del proyecto, Davi Bock, entonces en el Campus de Investigación Janelia en los Estados Unidos.
Posteriormente, analizaron más de 100 terabytes de datos de imágenes, un equivalente al almacenamiento en 100 computadoras portátiles típicas, para extraer las formas de aproximadamente 140 mil neuronas y 50 millones de conexiones entre ellas.
Sin embargo, al ser demasiada información para aprovechar manualmente, los expertos se basaron en la inteligencia artificial desarrollada en la Universidad de Princeton para identificar y mapear las neuronas y sus conexiones entre sí.
Sin embargo, dado que la IA aún comete muchos errores en conjuntos de datos de este tamaño. El Consorcio FlyWire, formado por equipos en más de 76 laboratorios y 287 investigadores de todo el mundo, así como voluntarios del público en general, dedicó aproximadamente 33 años-persona a revisar minuciosamente todos los datos.
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“Los avances en la computación con inteligencia artificial han hecho posible el mapeo de todo el cerebro; no habría sido posible reconstruir todo el diagrama de cableado manualmente. Esto es una muestra de cómo la inteligencia artificial puede hacer avanzar la neurociencia. El cerebro de la mosca es un hito en nuestro camino hacia la reconstrucción de un diagrama de cableado de todo el cerebro de un ratón”, declaró Sebastian Seung, de la Universidad de Princeton, uno de los codirectores de la investigación.
“El cerebro completo de una mosca mide menos de 1 milímetro de ancho y tiene 139 mil 255 neuronas”.
Si bien éste es el primer mapa de un cerebro completo, existen esfuerzos anteriores que han completado los diagramas de cerebro completo para especies mucho más pequeñas.
Por ejemplo, ejercicios previos se han realizado para el cerebro de una larva de mosca de la fruta, que tiene tres mil 16 neuronas, y para el cerebro de un gusano nematodo, que tiene 302 neuronas.
