Los investigadores han producido el primer diagrama de cableado de un cerebro completo de mosca de la fruta, un avance que promete revolucionar el campo de la neurociencia y allanar el camino para conocimientos sin precedentes sobre cómo el cerebro produce el comportamiento.
Pocas veces se ha dirigido tanto esfuerzo científico a tan poco material, y a los científicos les llevó años mapear los meandros de las 139.255 neuronas y 50 metros de conexiones empaquetadas dentro del cerebro de una mosca, del tamaño de una semilla de amapola.
En el proceso, los investigadores clasificaron más de 8.400 tipos de células diferentes, lo que representa la primera lista completa de las partes necesarias para construir el cerebro de una mosca.
«Quizás te preguntes por qué deberíamos preocuparnos por el cerebro de la mosca de la fruta», dice Sebastian Seung, profesor de informática y neurociencia en la Universidad de Princeton y codirector del equipo de investigación. proyecto flywire. «Mi respuesta sencilla es que si podemos comprender realmente cómo funciona cualquier cerebro, inevitablemente nos dirá algo sobre todos los cerebros».
La compleja maraña de neuronas, que si se desentrañara alcanzaría los 150 metros, se trazó mediante un minucioso proceso que comenzó cortando el cerebro de una mosca hembra de la fruta en 7.000 rodajas finas. Se tomaron imágenes de cada sección con un microscopio electrónico para revelar estructuras tan pequeñas como cuatro millonésimas de milímetro de ancho.
Luego, los investigadores recurrieron a la inteligencia artificial (IA) para analizar millones de imágenes y rastrear el camino de cada conexión neuronal y sináptica a lo largo del diminuto órgano. Debido a que la IA cometió tantos errores, se reclutó un ejército global de científicos y voluntarios para ayudar a corregir los errores y finalizar el mapa.
El trabajo ya ha dado sus frutos. Armados con el modelo, los investigadores descubrieron neuronas «aferentes» que parecen recopilar varios tipos de información y «anclas» que pueden enviar señales para coordinar la actividad a través de diferentes circuitos neuronales. También se ha observado un circuito neuronal específico que, cuando se estimula, hace que las moscas de la fruta se detengan en seco mientras caminan.
En preparación para lo que está por venir, los investigadores utilizaron un diagrama de cableado, conocido como red neuronal, para construir una simulación por computadora de parte del cerebro de la mosca. Sus experimentos de simulación los llevaron a identificar los circuitos neuronales utilizados para procesar el gusto, lo que sugiere que futuras simulaciones podrían arrojar más luz sobre cómo el cableado cerebral conduce al comportamiento animal.
«Las tecnologías de la comunicación son el comienzo de la transformación digital de la neurociencia», dijo Seong. «Esta transformación se extenderá a la simulación cerebral». «Esta será una rápida aceleración de la forma en que hacemos neurociencia».
Los detalles del proyecto, en el que participaron investigadores de Canadá, Alemania, el Laboratorio de Biología Molecular del MRC y la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, se publicaron en línea. Nueve hojas en la naturaleza.. En un artículo adjunto, la Dra. Anita Devineni, neurocientífica de la Universidad Emory en Atlanta, calificó el diagrama de cableado como un «logro histórico».
Ya se ha comenzado a trabajar para producir un diagrama de cableado completo del cerebro del ratón, que los investigadores esperan completar dentro de cinco a diez años. Pero replicar esta hazaña en un cerebro humano completo, con sus 86 mil millones de neuronas y billones de conexiones, es otra cuestión. El cerebro humano es aproximadamente un millón de veces más complejo que el de una mosca de la fruta, lo que hace que un diagrama de cableado completo esté fuera del alcance práctico con la tecnología actual. También requeriría una memoria enorme: los científicos estiman que equivaldría a un zettabyte de datos, el equivalente a todo el tráfico de Internet del mundo durante un año.
Un enfoque más realista es mapear las conexiones neuronales en partes del cerebro humano, una investigación que eventualmente podría arrojar luz sobre si las conexiones erróneas sustentan los trastornos neuropsiquiátricos y otros trastornos cerebrales. «Simplemente no podemos arreglar lo que no entendemos, y esa es básicamente la razón por la que creemos que hoy es un momento importante», dijo el Dr. John Ngai, director de la Iniciativa Cerebral de los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos.
«Claramente tenemos una gran tarea por delante».
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