Un consorcio internacional de investigación ha revelado recientemente el primer diagrama completo del cableado del cerebro de una mosca de la fruta, una hazaña que parecía inalcanzable hace apenas unos años. El mapa se encuentra acompañado de una serie de artículos que demuestran que este avance ya está dando lugar a nuevos descubrimientos científicos, y que hay mucho más por venir.
Mapa interactivo: ¿por qué necesitamos mapas cerebrales?
Vale la pena señalar que los mapas que muestran cada neurona del cerebro y la miríada de conexiones entre ellas se denominan conectomas. El primer organismo que se cartografió de esta manera fue el gusano Caenorhabditis elegans, luego de que su sistema nervioso se describiera en su totalidad en un artículo seminal en 1986. El trabajo dio forma al futuro de la investigación sobre C. elegans, uno de los organismos modelo más utilizados, y su impacto todavía se puede sentir hoy en día.
Pero, como siempre hay un pero… el C. elegans en realidad no tiene cerebro. Al menos, no uno que podamos reconocer. Se las arregla para hacer cosas bastante interesantes con solo un “anillo nervioso”, incluso demostrando un aprendizaje básico, pero hay que buscar en otra parte si se quiere empezar a aproximarse a la complejidad del cerebro humano.
Ahí es donde realmente entra en juego la Drosophila melanogaster. La mosca de la fruta es uno de los organismos modelo más útiles en neurociencia.
“Las moscas pueden hacer todo tipo de cosas complicadas, como caminar, volar, orientarse y los machos cantan a las hembras”, explicó en un comunicado el doctor Gregory Jefferis, de la Universidad de Cambridge, uno de los colíderes de la nueva investigación.
Según comenta, pueden lograr todo esto gracias a las 139.255 neuronas de su cerebro, conectadas por más de 50 millones de sinapsis.
“Si queremos entender cómo funciona el cerebro, necesitamos una comprensión mecanicista de cómo todas las neuronas se conectan entre sí y permiten pensar”, comentó Jefferis.
De igual forma señaló, “En el caso de la mayoría de los cerebros, no tenemos idea de cómo funcionan estas redes”.
Es por tal motivo que muchos científicos han apostado por el campo de la conectómica y reconocen el valor de mapear un cerebro a este nivel.
Ahora bien; ¿cómo llegamos aquí?
El Consorcio FlyWire se creó como una forma de aprovechar la última tecnología y reunir la experiencia de docenas de laboratorios de todo el mundo, con el objetivo de producir un conectoma completo del cerebro de la mosca de la fruta. Sin embargo, la tarea a la que se enfrentaban era realmente abrumadora.
“Hace tan solo unos años, obtener un conectoma completo de Drosophila parecía algo inalcanzable”, escribe Anita V. Devineni en un artículo de News & Views que acompaña a los nuevos artículos publicados.
El C. elegans contiene tan sólo 302 neuronas. Los científicos ya habían cartografiado previamente el cerebro de una larva de mosca de la fruta, que contiene unas 3.000. Pero para una mosca de la fruta adulta, tendrían que aumentar esa cifra a cerca de 140.000, e incluso esa cifra continúa siendo pequeña en comparación con el cerebro humano, que se cree que contiene más de 80.000 millones.
Según han dado a conocer, el mapa comenzó con 21 millones de imágenes del cerebro de una mosca de la fruta hembra adulta. Con la ayuda de Inteligencia Artificial (IA), las imágenes se alinearon y se generaron reconstrucciones 3D de neuronas individuales. Cabe resaltar que este “primer borrador” tuvo que ser revisado escrupulosamente, por lo que el consorcio solicitó la ayuda de cientos de investigadores y científicos ciudadanos de todo el mundo; se estima que para que una sola persona hiciera este trabajo a tiempo completo, habría llevado la friolera de 33 años.
Se utilizaron otros datos existentes para identificar y categorizar las sinapsis (¡las 50 millones que hay!) y luego vino la tarea de “leer” el mapa. En uno de los artículos, Jefferis, junto con Davi Bock de la Universidad de Vermont y otros colegas, anotan los diferentes tipos de neuronas que se pueden hallar en el cerebro. En total hay más de 8.400, de las cuales más de 4.500 son totalmente nuevas para la ciencia.
Con algunas de las animaciones 3D generadas en los diferentes proyectos de investigación, se puede echar un vistazo al interior de diferentes secciones del cerebro. Aquí, se pueden adentrar en las neuronas auditivas de la mosca, las células que la hembra usa para detectar los cantos de sus posibles parejas.
Y aquí, tiene la capacidad de poder hacer zoom sobre una parte de la brújula interna de la mosca, denominada “anillo EPG”.
Esta neurona CT1 es una de las dos únicas, cada una de ellas abarca un ojo entero y contiene más de 140.000 sinapsis.
¿Hacia dónde nos dirigimos desde aquí?
Vale la pena enfatizar que se trata de un avance extraordinario, pero si se espera ver algo similar en el cerebro humano, posiblemente habrá que esperar un tiempo. El cerebro de una mosca mide menos de un milímetro de ancho, mientras que el cerebro humano es inconmensurablemente más complejo.
Sin embargo, es crucial destacar que el equipo ya tiene otro objetivo en mente.
“El cerebro de la mosca es un hito en nuestro camino hacia la reconstrucción de un diagrama de cableado de un cerebro de ratón completo”, comentó el Dr. Sebastian Seung de la Universidad de Princeton, uno de los codirectores de la investigación.
Ahora que FlyWire ha demostrado lo que se puede lograr, no hay razón para que el mismo enfoque no pueda ampliarse progresivamente para abordar desafíos mayores. Y mientras tanto, el conectoma ya se encuentra facilitando una investigación que podría tener implicaciones importantes también para los humanos.
Por si no lo sabía, las moscas comparten el 60% de nuestro ADN y existen muchos paralelismos en el funcionamiento de nuestro cerebro. La publicación de este nuevo mapa cerebral marca un verdadero hito que sin duda marcará la investigación en neurociencia durante las próximas décadas.
