Miembros del Consorcio FlyWire, una organización internacional de colaboración científica, elaboraron el primer mapa completo del cerebro de una mosca de fruta adulta. El hito representa un avance significativo que allana el camino para comprender las conexiones neuronales en otras especies, incluidos los humanos.
En el estudio participaron expertos del Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica (MRC) y las universidad de Princeton, de Vermont y de Cambridge. El trabajo publicado en la revista Nature detalla que el cerebro de una mosca mide menos de un milímetro de ancho. Los científicos trabajaron con el órgano de un espécimen hembra. Lo cortaron en 7,000 obleas de 40 nanómetros de espesor. Las muestras fueron escaneadas con tecnología microscopía electrónica de alta resolución y analizadas con ayuda de un sistema de inteligencia artificial. Equipos de más de 76 laboratorios y 287 investigadores de todo el mundo revisaron los resultados. Tras invertir cerca de 33 años-hombre, consiguieron extraer las formas de aproximadamente 140,000 neuronas y detectar 50 millones de conexiones cerebrales.
“El diagrama del cerebro completo de una mosca adulta es el primero que se hace de un animal que puede caminar y ver. Este ‘atlas’ se puede utilizar para mejorar nuestra comprensión de cómo funcionan los circuitos neuronales [en muestras] más grandes”, afirman los autores.
El efecto analgésico placebo ha si usado durante siglos, pero solo apenas se ha descubierto el mecanismo cerebral que lo induce.
¿Por qué es importante el mapa del cerebro de una mosca?
El esquema obtenido también es considerado como el primer conectoma que predice la función de todas las conexiones entre neuronas. Cada una de esas células nerviosas puede tener cientos de ramificaciones que la pone en comunicación con otros neurocitos. Los puntos donde estas bifurcaciones se encuentran y transmiten señales eléctricas para enviar mensajes se denominan sinapsis. Existen dos formas en las que se produce esta reacción:
- Excitatoria: se caracteriza por promover la continuación de la señal eléctrica en la neurona receptora.
- Inhibidora: reduce la probabilidad de que la neurona destinataria transmita señales.
Los investigadores lograron vaticinar el tipo de sinapsis con el empleo de un sistema de escaneo de imágenes basado en IA.
Davi Bock, profesor asociado de la Universidad de Vermont y uno de los líderes del proyecto, apunta que gracias al hiperdetalle de la microscopía electrónica “ahora podemos hacer mapas precisos a nivel sináptico y usarlos para comprender mejor los tipos de células y la estructura de los circuitos a escala de todo el cerebro. Esto conducirá a una comprensión más profunda de cómo los sistemas nerviosos procesan, almacenan y recuerdan la información. Este enfoque señala el camino a seguir para el análisis futuro en otras especies”.
Estudios previos han mapeado completamente cerebros más pequeños. Destacan el de una larva de mosca de la fruta (3,016 neuronas) o un gusano nematodo (302 neuronas). Los especialistas descubrieron que había similitudes entre la red neuronal recién documentada y los esfuerzos anteriores a menor escala. Concluyeron que el cerebro no es una estructura que pueda definirse como única en función de las especies. Hallaron que alrededor del 0.5% de las neuronas tienen variaciones de desarrollo. Sugieren que el fenómeno puede provocar interferencias en la comunicación entre las células cerebrales. “Esta será un área importante en investigaciones posteriores para entender si dichos cambios están relacionados con la individualidad o con ciertos trastornos”, añaden.
Philipp Schlegel, investigador del MRC y principal autor del estudio, enfatiza en la relevancia del ensayo con un ejemplo práctico. “Este conjunto de datos es un poco como Google Maps, pero para el cerebro. El diagrama de redes entre neuronas funciona de manera similar a los programas que nos permiten saber qué estructuras en las imágenes satelitales de la Tierra corresponden a calles y edificios. Categorizar a las neuronas es como agregar al mapa los nombres de calles y ciudades, horarios de apertura de negocios, números de teléfono o reseñas. Ambos conjuntos de información son necesarios para que los datos sean realmente útiles”, puntualiza.
Sebastian Seung, profesor de la Universidad de Princeton, afirma “el mapeo del cerebro de la mosca es un hito en nuestro camino hacia la reconstrucción de un diagrama de las redes neuronales del cerebro completo de un ratón”. Por su parte, Gregory Jefferis, especialista del laboratorio del MRC, agrega que “este es un comienzo importante, pero necesitaremos recopilar muchos tipos diferentes de datos para producir simulaciones confiables de cómo funciona el cerebro”.
La mosca de la fruta es común en la investigación neurológica debido a que el insecto puede ejecutar tareas complejas como caminar, volar y reconocer el entorno. Dado que existen diferencias en la estructura neuronal entre los cerebros de las moscas macho y hembra, los investigadores planean caracterizar un cerebro masculino en el futuro.