Hito en la neurociencia: crean el primer mapa completo de un cerebro adulto con todas sus conexiones neuronales.

Se ha logrado reconstruir el cerebro más complejo hasta ahora, el de la mosca de la fruta, revelando por primera vez todas sus conexiones neuronales.

Investigadores del consorcio FlyWire han presentado el primer atlas completo de las conexiones neuronales en un organismo adulto. El estudio abarca el cerebro de una mosca de la fruta adulta, con un total de 139.255 neuronas y 50 millones de conexiones sinápticas. Este avance representa un salto enorme en comparación con estudios anteriores, como el mapa de una larva de la misma especie, que contiene 3.016 neuronas, o el del nematodo, con apenas 302 neuronas.

“Para entender cómo funciona el cerebro, necesitamos conocer cómo las neuronas se interconectan y nos permiten pensar”, explica Gregory Jefferis, del Laboratorio de Biología Molecular MRC y la Universidad de Cambridge, una de las instituciones clave en el consorcio. “Aún estamos lejos de comprender cómo operan muchas de estas redes neuronales. Sin embargo, las moscas realizan tareas complejas como caminar, volar, orientarse, e incluso los machos cantan a las hembras. Este diagrama de conexiones nos ayudará a comprender cómo controlamos nuestros movimientos, hablamos o reconocemos rostros”.

El conectoma –el mapa completo de conexiones neuronales– ha revelado similitudes con estudios previos de partes del cerebro de la mosca, sugiriendo que la organización neuronal se repite entre individuos y no es única para cada uno. Además, se detectó que alrededor del 0,5% de las neuronas presentan variaciones en su desarrollo, lo que podría generar desconexiones y vincularse con posibles trastornos mentales o de la personalidad.

El cerebro de la mosca, que mide menos de un milímetro de ancho, fue seccionado en 7.000 finas capas de apenas 40 nanómetros de espesor. Estas capas fueron escaneadas usando microscopía electrónica de alta resolución en el laboratorio de Davi Bock en el campus de investigación Janelia, en Estados Unidos. El proceso generó más de 100 terabits de datos, un volumen imposible de analizar manualmente, por lo que se utilizó un programa de inteligencia artificial desarrollado en la Universidad de Princeton.

A pesar de la ayuda de la inteligencia artificial, fue necesario revisar manualmente los resultados, lo que involucró a 287 investigadores de 76 laboratorios de todo el mundo, así como a voluntarios civiles. «Mapear el cerebro completo solo fue posible gracias a los avances en el cálculo por inteligencia artificial», comenta Sebastian Seung de Princeton. “Reconstruir manualmente el diagrama habría sido inviable. Y aunque este es el cerebro de una mosca, representa un primer paso hacia el mapeo completo del cerebro de un ratón”.

Con el conectoma en mano, los científicos lograron clasificar más de 8.000 tipos diferentes de neuronas en todo el cerebro de la mosca. Estas células transmiten señales a través de sinapsis, utilizando modos de comunicación excitatorios, que promueven la transmisión del mensaje, o inhibitorios, que lo bloquean. La inteligencia artificial permitió predecir la naturaleza de cada una de estas sinapsis.

“El nivel de detalle que proporciona la microscopía electrónica genera desafíos únicos”, explica Bock. “El equipo tuvo que desarrollar algoritmos complejos para identificar los patrones de conectividad neuronal con precisión. Ahora podemos trazar mapas sinápticos detallados que nos ayudarán a comprender tanto los tipos de células como la estructura de los circuitos neuronales en todo el cerebro”.

Dado que existen diferencias morfológicas entre el cerebro de los machos y las hembras, el próximo objetivo es caracterizar un cerebro masculino. “Este trabajo nos permitirá entender mejor cómo los sistemas nerviosos procesan, almacenan y recuperan la información”, concluye Bock. “Este enfoque pavimenta el camino para futuros estudios de conectomas completos, tanto en moscas como en otras especies”.