Los biólogos han creado un mapa completo de todas las conexiones neuronales del cerebro de una larva de mosca de la fruta. El trabajo es un trampolín para describir los cerebros de animales más complejos, como ratones y humanos.
Un equipo internacional de científicos ha mapeado por completo las conexiones del cerebro de una larva de mosca de la fruta. El resultado es el mayor mapa completo del cerebro, también llamado conectoma, realizado hasta la fecha.
Este mapa permite a los investigadores comprender cómo se mueven las señales por el cerebro de la mosca de la fruta. También les permite averiguar cómo interactúan entre sí las distintas regiones del cerebro y, en última instancia, cómo surge el comportamiento a nivel neuronal.
“Se han reconstruido todas las neuronas del cerebro y se han analizado todas las conexiones”, afirma el investigador cerebral Gáspár Jékely, de la Universidad de Exeter (Reino Unido), que no participó en el estudio. Califica el trabajo de “muy importante”.
Más sobre los conectomas
El cerebro está formado en gran parte por células nerviosas llamadas neuronas. Estas están unidas entre sí por largas ramas. Las neuronas conectadas pueden transmitirse señales entre sí en uniones denominadas sinapsis. Allí, una neurona libera una sustancia química, un neurotransmisor, que es recibida por la otra célula. El mapa completo de neuronas de un cerebro, incluidas las sinapsis, se denomina conectoma.
Los biólogos han mapeado el conectoma de un puñado de animales relativamente sencillos. El primero fue el gusano C. elegans, que solo tiene 302 neuronas, mapeado en la década de 1980. Más recientemente, en 2020, Jékely y sus colegas describieron las más de 1500 neuronas del conectoma de una larva de gusano marino llamada Platynereis dumerilii.
Otros grupos de investigación trabajan en el conectoma de animales con cerebros más grandes, como ratones y humanos. Dado que los conjuntos de datos son inmensos, reconstruir estos conectomas es todo un reto.
544 000 conexiones
El nuevo conectoma, mapeado por la zoóloga Marta Zlatic, de la Universidad de Cambridge, y sus colegas, es el de la larva de una mosca de la fruta, Drosophila melanogaster. Se trata de un animal de laboratorio estándar, cuya biología se conoce al detalle. Zlatic no quiso ser entrevistado.
El equipo tomó el cerebro de una larva de mosca de la fruta de seis horas de edad, lo cortó en 4841 rodajas y las escaneó con un microscopio electrónico de alta resolución. A continuación, los investigadores digitalizaron las imágenes y las fusionaron meticulosamente en un mapa tridimensional.
Con ayuda de un ordenador, estudiaron las imágenes para poder localizar las neuronas de un corte a otro y localizar todas las sinapsis. El mapa resultante contiene 3013 neuronas y unas 544 000 sinapsis.
“Lo sorprendente aquí es la sensación de finalización”, afirma la investigadora cerebral Catherine Dulac, de la Universidad de Harvard (EE. UU.). “Los datos revelan la lógica profunda de las conexiones neuronales, afirma”.
Hormonas
Según el neurocientífico Scott Emmons, de la Facultad de Medicina Albert Einstein de Nueva York, el mapeo de las sinapsis por sí sola no ofrece una imagen completa. Produjo conectomas para ambos sexos de C. elegans en 2019. Las neuronas también pueden comunicarse entre sí mediante sustancias químicas de liberación lenta, como las hormonas. También existen otras conexiones entre las células, denominadas uniones en hendidura. Todo esto hay que tenerlo en cuenta, dice Emmons. Sus conectomas de C. elegans mapean las uniones en hendidura, pero el nuevo conectoma solo muestra las sinapsis.
En total, el equipo de Zlatic identificó 90 tipos de neuronas, cada una con su propia forma, patrón de ramificación y función. El equipo también describió la variedad de conexiones en todo el cerebro. La mayor parte de la información sensorial que entra en el cerebro de la mosca se propaga muy rápidamente, explica Dulac. La información pasa de célula cerebral a célula cerebral en solo tres pasos para llegar a las neuronas de salida que ayudan a controlar el cuerpo. Además, el 62 % de las neuronas recibían información de todos los sentidos de la larva.
Aunque los detalles difieren, estos patrones generales son similares a los encontrados en otros conectomas como el de C. elegans.
Siguiente paso: cerebro de mamífero
En otro estudio, el investigador del cerebro Alexander Kunin, del Baylor College of Medicine de Houston (Texas), y sus colegas desarrollaron un método para que un ordenador designara grupos de neuronas interconectadas. Aplicaron este método a un genoma existente de aproximadamente dos tercios del cerebro de una mosca de la fruta adulta. Algunos grupos de neuronas interconectadas incluían miles de células. Dentro de esos grupos, también se podían volver a encontrar grupos más pequeños de neuronas.
El próximo gran hito es mapear el cerebro de un mamífero: primero un ratón y, con el tiempo, un ser humano. Dada la velocidad a la que se desarrolla la tecnología informática, algunos investigadores creen que el ratón estará al alcance de la mano en la próxima década.
El cerebro humano es un reto aún mayor. Para ello se necesitaría un conjunto de datos mil veces mayor que el del ratón, que además ya es enorme. Tampoco está claro qué podemos aprender de nuestro conectoma sin antes comprender en detalle cerebros más simples como los de la larva de la mosca de la fruta.
¿Cómo funciona nuestro pensamiento?
Pero a largo plazo, un conectoma humano podría ayudar a comprender nuestra mente y nuestro comportamiento. “Esto también nos permitiría rastrear las raíces biológicas de los trastornos psicológicos. Nos enfrentamos a grandes preguntas”, afirma Kunin. “¿Qué causa las enfermedades neurodegenerativas? ¿Cómo funciona nuestro pensamiento? Son preguntas tan grandes y complicadas que creo que poder supervisar un cerebro entero tiene que ser parte de la respuesta”.