La estructura del cerebro es uno de los enigmas más desconcertantes y complejos del universo.
Pero ahora, un equipo internacional de científicos ha creado el primer mapa que muestra cada neurona y conexión en un cerebro adulto.
Este 'diagrama de cableado', creado por el Consorcio FlyWire, revela cada una de las 139.255 neuronas del cerebro de una mosca de la fruta y los 50 millones de conexiones entre ellas.
Si bien el cerebro humano tiene aproximadamente un millón de veces más neuronas que el de una mosca, los investigadores dicen que esto nos acerca más a la comprensión de nuestra propia mente.
El codirector del proyecto, el Dr. Gregory Jefferis, de la Universidad de Cambridge, afirma: “Los diagramas de cableado cerebral son un primer paso para comprender todo lo que nos interesa: cómo controlamos nuestro movimiento, contestamos el teléfono o reconocemos a un amigo”. '
Un equipo internacional de científicos ha creado el primer mapa que muestra cada neurona y conexión en un cerebro adulto.
Aunque el cerebro de una mosca de la fruta adulta mide menos de un milímetro de diámetro, sigue siendo una estructura enormemente complicada de estudiar.
Para producir este mapa innovador, se cortó cuidadosamente el cerebro de una mosca adulta de la fruta en 7.000 segmentos, cada uno de sólo 40 nanómetros de espesor.
Luego, cada segmento se escaneó individualmente utilizando un microscopio electrónico de alta potencia para revelar las células individuales que forman el cerebro.
El conjunto de datos resultante ocupó 100 Terabytes de almacenamiento, el equivalente a 2.500 películas de alta definición.
Los investigadores desarrollaron una IA capaz de reconstruir un mapa del cerebro identificando todas y cada una de las neuronas y conexiones.
Sin embargo, dado que la IA todavía period propensa a cometer algunos errores, un equipo de 287 investigadores de más de 76 laboratorios de todo el mundo revisó todo el conjunto de datos para comprobar si había errores.
El mapa contiene la ubicación de 139.255 neuronas y 50 millones de conexiones entre ellas.
Los investigadores cortaron el cerebro de una mosca en 7.000 rodajas y las escanearon con un microscopio electrónico para revelar cómo cada neurona está conectada en todo el cerebro.
Si una persona hubiera trabajado sin parar para comprobar los datos, los investigadores estiman que habría tardado 33 años en completar el proyecto.
Si bien el esfuerzo fue monumental, la recompensa es el mapa más detallado del cerebro de cualquier animal jamás producido.
Este mapa ha sido publicado en dos artículos en Naturaleza y se ha puesto a disposición de otros científicos.
En comparación con intentos anteriores de detallar pequeñas regiones del cerebro de una mosca, este nuevo mapa contiene siete veces más neuronas y registra 54,5 millones de conexiones individuales.
Anteriormente, los cerebros más grandes que habían sido mapeados completamente pertenecían a larvas de mosca de la fruta, que tienen 3.016 neuronas, o a nematodos, que solo tienen 302.
Esta es la primera vez que los científicos han podido mapear el cerebro de un animal que puede caminar, ver y adoptar comportamientos complejos.
Los investigadores creen que esto podría allanar el camino para comprender la dinámica basic que permite un comportamiento complejo.
Este mapa revela las conexiones dentro del cerebro con un detalle nunca antes visto y contiene siete veces más neuronas que los mapas anteriores. Esta imagen muestra diferentes células codificadas por colores según los químicos que utilizan para transferir información.
El mapa también permite a los investigadores estudiar las regiones del cerebro responsables de diferentes habilidades. Por ejemplo, esta imagen muestra el sistema visible de una mosca.
El Dr. Jefferis cube: “Las moscas pueden hacer todo tipo de cosas complicadas como caminar, volar, navegar y los machos les cantan a las hembras.
“Si queremos entender cómo funciona el cerebro, necesitamos una comprensión mecanicista de cómo encajan todas las neuronas y nos permiten pensar”.
Una thought que ya surgió del estudio es que nuestros cerebros pueden no ser tan únicos como pensamos.
En comparación con mapas cerebrales parciales anteriores, los investigadores descubrieron similitudes significativas en cómo estaban conectadas las neuronas.
Esto sugiere que nuestro cerebro puede no ser “una estructura única como un copo de nieve”, sino que sigue patrones establecidos.
Los investigadores descubrieron que sólo el 0,5 por ciento de las neuronas del cerebro tenían variaciones que hacían que estuvieran conectadas de manera diferente.
Este mapa muestra las 100 neuronas que forman el sistema motor de una mosca. Esta es la primera vez que los investigadores mapean el cerebro de un animal capaz de caminar y ver
Aunque el cerebro de una mosca contiene un millón de veces menos neuronas que el cerebro humano, los investigadores esperan que esto pueda sentar las bases para estudiar los cerebros de organismos más grandes.
Estas neuronas mal conectadas podrían ser la fuente de la individualidad de nuestra mente o de trastornos cerebrales.
Sin embargo, ver cómo encajan las neuronas es sólo la primera parte del rompecabezas.
Si los científicos quieren empezar a simular digitalmente el cerebro de la mosca de la fruta, también necesitamos saber qué están haciendo todas las partes del cerebro.
El coautor principal, el Dr. Philipp Schlegel, del Laboratorio de Biología Molecular del MRC, cube: “Este conjunto de datos es un poco como Google Maps, pero para cerebros: el diagrama de cableado sin formato entre neuronas es como saber qué estructuras en las imágenes satelitales de la Tierra corresponden a calles y edificios.
“Anotar neuronas es como añadir al mapa los nombres de calles y ciudades, horarios de apertura de negocios, números de teléfono, reseñas, and many others.; se necesitan ambos para que sea realmente útil”.
Los investigadores ya han identificado más de 8.400 tipos de células únicos responsables de capacidades como la vista o los movimientos, incluidos 4.581 tipos previamente desconocidos.
Dado que las moscas de la fruta son capaces de tener comportamientos complejos, al mapear sus cerebros los investigadores pueden aprender más sobre los circuitos neuronales que lo hacen posible.
El próximo objetivo será identificar el papel de las neuronas individuales dentro del mapa (en la foto) para que los investigadores puedan comenzar a simular cerebros digitalmente.
Estos nos permiten ver, neurona por neurona en detalle, las estructuras responsables de las habilidades naturales de navegación de una mosca, su capacidad para reconocer formas e incluso cómo escuchan las canciones de otras moscas.
Dado que las moscas de la fruta son un animal común en los laboratorios de investigación de todo el mundo, los investigadores creen que estos conocimientos permitirán comprender mejor el funcionamiento interno del cerebro.
El investigador codirector, el profesor David Bock, de la Universidad de Vermont, afirma: «Esto conducirá inevitablemente a una comprensión más profunda de cómo los sistemas nerviosos procesan, almacenan y recuerdan información.
“Creo que este enfoque marca el camino a seguir para el análisis de futuros conectomas de todo el cerebro, tanto en la mosca como en otras especies”.
