El primer mapa completo del cerebro de un insecto contiene 3.016 neuronas
Los científicos han desvelado el primer mapa completo del cerebro de un insecto.
La elaboración de este mapa exhaustivo, denominado conectoma, ha llevado 12 años de meticuloso trabajo y muestra la ubicación de las 3.016 neuronas del cerebro de una larva de mosca de la fruta(Drosophila melanogaster). Entre esas células cerebrales hay 548.000 puntos de conexión, o sinapsis, donde las células pueden enviarse mensajes químicos que, a su vez, desencadenan señales eléctricas que viajan por el cableado de las células.
Los investigadores identificaron redes a través de las cuales las neuronas de un lado del cerebro envían datos al otro, según informó el equipo el 9 de marzo en la revista Science (se abre en una nueva pestaña). El equipo también clasificó 93 tipos distintos de neuronas, que difieren en su forma, la función propuesta y la forma en que se conectan con otras neuronas.
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El nuevo conectoma destaca por su exhaustividad, según explicaron los expertos a Live Science.
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"Este estudio es el primero capaz de cartografiar la totalidad del cerebro central de un insecto y caracterizar así todas las vías sinápticas de todas las neuronas", dijeron a Live Science en un correo electrónico conjunto Nuno Maçarico da Costa (se abre en nueva pestaña) y Casey Schneider-Mizell (se abre en nueva pestaña), miembros del grupo de Codificación Neural del Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro, con sede en Seattle, que no participaron en la iniciativa.
En 2020, otro grupo de investigación publicó un conectoma parcial de una mosca de la fruta adulta (se abre en una nueva pestaña) que contenía 25.000 neuronas y 20 millones de sinapsis. Pero los científicos sólo disponen de conectomas completos de otros tres organismos: un nematodo, una larva de ascidio y una larva de gusano marino. Según Joshua Vogelstein, coautor principal del estudio (se abre en una nueva pestaña), director y cofundador del laboratorio NeuroData de la Universidad Johns Hopkins, cada uno de estos conectomas contiene unos cientos de neuronas y carece de los hemisferios cerebrales diferenciados que se observan en insectos y mamíferos.
El primer autor del estudio, Michael Winding (se abre en una nueva pestaña), investigador asociado del Departamento de Zoología de la Universidad de Cambridge, explicó a Live Science en un correo electrónico que más de 80 personas ayudaron a construir el nuevo conectoma. Para ello, los científicos cortaron el cerebro de una mosca larvaria en 5.000 secciones y tomaron imágenes microscópicas de cada sección. Las imágenes se unieron para formar un volumen tridimensional. A continuación, el equipo analizó las imágenes, identificó las células individuales y trazó manualmente sus cables.
El mapa resultante sorprendió a los científicos de varias maneras.
Por ejemplo, los científicos tienden a pensar que las neuronas envían mensajes salientes a través de cables largos llamados axones y reciben mensajes a través de cables más cortos y ramificados llamados dendritas. Sin embargo, hay excepciones a esta regla, y resulta que las conexiones de axón a axón, de dendrita a dendrita y de dendrita a axón constituyen aproximadamente un tercio de las sinapsis del cerebro larvario de la mosca, explica Winding.
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El conectoma era también sorprendentemente "superficial", lo que significa que la información sensorial entrante pasa por muy pocas neuronas antes de llegar a una implicada en el control motor, que puede dirigir a la mosca para que realice un comportamiento físico, explicó Vogelstein. Para alcanzar este nivel de eficiencia, el cerebro tiene incorporados "atajos" entre circuitos que se asemejan en cierto modo a los de los sistemas de inteligencia artificial más avanzados, explica Winding.
Una limitación del conectoma es que no capta qué neuronas son excitadoras, es decir, que empujan a otras neuronas a dispararse, o inhibidoras, es decir, que hacen que las neuronas tengan menos probabilidades de dispararse, explicó Schneider-Mizell. Estas dinámicas afectan al modo en que la información fluye por el cerebro.
Aun así, el conectoma abre la puerta a muchos avances futuros, como sistemas de inteligencia artificial más eficientes energéticamente y una mejor comprensión de cómo aprenden los humanos, afirma Vogelstein.
