El primer mapa completo del ‘cableado’ del cerebro de un insecto, paso clave para entender el comportamiento humano

El primer intento de mapear un cerebro, el de un gusano redondo, se hizo en la década de 1979 y ganó un Premio Nobel, pero quedó incompleto. Desde entonces, se han mapeado conectomas parciales de moscas, ratones e incluso humanos, pero de manera similar, estas reconstrucciones han representado solo una pequeña fracción de todo el cerebro. Se han creado conectomas integrales a partir de varias especies pequeñas con unos pocos cientos a unos pocos miles de neuronas: un gusano redondo, una larva de chorro de mar (una criatura marina simple que filtra el agua en las profundidades del océano) y un gusano de chorro de mar.

El nuevo mapa va mucho más allá: incluye 3.016 neuronas haciendo más de medio millón de contactos, lo que lo convierte en el más completo y completo jamás logrado. No fue fácil, incluso con lo mejor de la tecnología moderna. Para obtener una imagen completa de un cerebro a nivel celular, debe diseccionarse en cientos o miles de muestras de tejido individuales, todas las cuales deben capturarse con microscopios electrónicos, antes de que todas estas partes puedan reconstruirse minuciosamente. neurona por neuronaen una imagen completa y precisa.

Un día por neurona

El trabajo lo llevó a Universidad de Cambridge y el de Johns Hopkins doce años. Solo la imagen tomó alrededor de un día por neurona. Los investigadores de Cambridge crearon las imágenes de alta resolución del cerebro y las examinaron manualmente para encontrar neuronas individuales, rastreando rigurosamente cada una y vinculando sus conexiones sinápticas.

Cambridge entregó los datos a Johns Hopkins, donde el equipo pasó más de tres años analizando cómo podría propagarse la información en el cerebro. Al final, los dos grupos registraron cada neurona y conexión, y clasificaron cada neurona según su función en el cerebro. Google participó en el desarrollo de algoritmos de inteligencia artificial para reconstruir todo lo que encontró. Descubrieron que los circuitos mas activos ellos eran los que iban y venían de las neuronas del centro de aprendizaje.

El equipo eligió deliberadamente la larva de la mosca de la fruta porque, a pesar de ser un insecto, la especie comparte gran parte de su biología básica con los humanos, incluida una base genética comparable. También tiene comportamientos ricos en aprendizaje y toma de decisiones, lo que lo convierte en un organismo modelo útil en neurociencia.

aprendizaje automático

Joshua T. Vogelstein, autor principal del estudio e ingeniero biomédico en Johns Hopkins, cree que lo que hemos aprendido sobre el código de las moscas tendrá implicaciones sobre cómo entendemos nuestros propios cerebros. «Si queremos entender quiénes somos y cómo pensamos, implica comprender el mecanismo del pensamiento», dice. Y la clave para eso es saber cómo están conectadas las neuronas». Los hallazgos pueden ayudar a comprender los mecanismos de cómo nos comportamos, tomamos decisiones o aprendemos, y pueden conducir a futuras intervenciones terapéuticas.

Además, la tarjeta mostró características de circuito que recuerdan sorprendentemente a las poderosas arquitecturas de aprendizaje automático, por lo que el equipo espera que un estudio adicional revele aún más principios computacionales e inspire nuevos sistemas de IA.

una hoja de ruta

“El estudio es espectacular”, dijo al periódico Javier Morante, científico senior del CSIC en el Instituto de Neurociencias de Alicante, que no participó. “Es como un mapa de carreteras de un país, con autopistas, carreteras secundarias, atajos… y con una resolución tan alta que puedes ver por dónde van esas carreteras cuando van de la periferia al centro, o viceversa. viceversa Y con un detallismo tan brutal que han delimitado, por así decirlo, los peajes, las gasolineras… Nada parecido se había conseguido antes».

En su opinión, el trabajo también ayudará a comprender las enfermedades del cerebro humano. “La mosca es el animal que mejor puede ser manipulado genéticamente. En el futuro, si entendemos cómo se organiza este cerebro sano, podremos manipular estas “autopistas” y ver cómo influye esto en el comportamiento, entendiendo los circuitos de patologías como el Parkinson o el Alzheimer”, subraya Morante.

Los métodos que desarrollaron los investigadores son aplicables a cualquier proyecto de cableado cerebral, y su código está disponible para cualquiera que intente obtener imágenes de un cerebro animal aún más grande. Otros equipos ya están trabajando en un mapa del cerebro de la mosca de la fruta adulta.

Aunque extremadamente complejo, los investigadores creen que el cerebro de un ratón, millones de veces más grande que el de la larva de la mosca, podría mapearse en la próxima década. Por supuesto, hay una opción para hacerlo con algo similar. cerebro humano «Probablemente no en un futuro cercano, tal vez ni siquiera en nuestras vidas».