El primer "Google Maps" del mundo para todo un cerebro ya está aquí, y puedes acercarlo

Sí, es el cerebro de una mosca, pero he aquí por qué sigue siendo genial.

Las 50 neuronas más grandes del cerebro de la mosca, en todo su esplendor en tecnicolor.

Crédito de la imagen: Tyler Sloan y Amy Sterling para FlyWire, Universidad de Princeton (Dorkenwald et al., Nature, 2024)

En una hazaña que parecía inalcanzable hace apenas unos pocos años, un consorcio de investigación internacional ha revelado hoy el primer diagrama de cableado completo de un cerebro completo de mosca de la fruta. El mapa en sí está acompañado de un conjunto de artículos que demuestran cómo este avance ya está dando lugar a nuevos hallazgos científicos, y hay mucho más por venir.

¿Por qué necesitamos mapas cerebrales de todos modos?

Los mapas que muestran cada neurona del cerebro y las innumerables conexiones entre ellas se denominan conectomas. El primer organismo en ser mapeado de esta manera fue el gusano Caenorhabditis elegans, después de que su sistema nervioso fuera descrito en su totalidad en un artículo fundamental allá por 1986. El trabajo dio forma al futuro de la investigación sobre DO. elegans, uno de nuestros organismos modelo más utilizados, y su impacto todavía se puede sentir hasta el día de hoy.

Pero C. elegans en realidad no tiene cerebro. Al menos, no uno que reconoceríamos. Se las arregla para hacer algunas cosas interesantes con solo un "anillo nervioso", incluso demostrando algo de aprendizaje básico, pero debes buscar en otra parte si quieres siquiera comenzar a acercarte a la complejidad del cerebro humano.

Ahí es donde entra Drosophila melanogaster . La mosca de la fruta es uno de los organismos modelo más útiles en neurociencia.

"Las moscas pueden hacer todo tipo de cosas complicadas como caminar, volar, navegar y los machos cantan a las hembras", explicó en un comunicado el Dr. Gregory Jefferis de la Universidad de Cambridge, uno de los codirectores de la nueva investigación. Todo esto lo pueden lograr gracias a las 139.255 neuronas de su cerebro, conectadas por más de 50 millones de sinapsis.

"Si queremos entender cómo funciona el cerebro, necesitamos una comprensión mecanicista de cómo todas las neuronas encajan entre sí y nos permiten pensar", continuó Jefferis. “Para la mayoría de los cerebros no tenemos idea de cómo funcionan estas redes. "

Es por eso que muchos científicos han apoyado el campo de la conectómica y reconocen el valor de mapear un cerebro a este nivel.

¿Cómo llegamos hasta aquí?

El Consorcio FlyWire se lanzó como una forma de aprovechar la última tecnología y reunir la experiencia de docenas de laboratorios de todo el mundo, con el objetivo de producir un conectoma completo del cerebro de la mosca de la fruta. Pero la tarea que enfrentaron fue desalentadora. "Hace sólo unos años, obtener un conectoma completo de Drosophila parecía fuera de nuestro alcance", escribe Anita V. Devineni en un artículo de News & Views que acompaña a los nuevos artículos publicados.

C. elegans contiene solo 302 neuronas. Los científicos también habían mapeado previamente el cerebro de una larva de mosca de la fruta, que contiene alrededor de 3.000. Pero para una mosca de la fruta adulta, tendrían que aumentar esa cifra hasta cerca de 140.000, e incluso eso sigue siendo eclipsado por el cerebro humano, que se cree que contiene más de 80.000 millones.

El mapa comenzaba con 21 millones de imágenes del cerebro de una mosca de la fruta hembra adulta (nos encanta verla). Con la ayuda de inteligencia artificial (IA), se alinearon las imágenes y se generaron reconstrucciones 3D de neuronas individuales. Este "primer borrador" tuvo que ser revisado minuciosamente, por lo que el consorcio contó con la ayuda de cientos de investigadores y científicos ciudadanos de todo el mundo; se estima que para que una sola persona hiciera este trabajo a tiempo completo, habría requerido una enorme cantidad. 33 años.

"En 2021, sólo el 15 por ciento de las neuronas habían sido revisadas", dijo la Dra. Shelli Avenevoli en otra declaración, por lo que es sorprendente pensar cuánto se ha avanzado en solo tres años.

Se aprovecharon otros datos existentes para luego identificar y categorizar las sinapsis: ¡los 50 millones de ellas! - y luego vino la tarea de “leer” el mapa. En uno de los artículos, Jefferis, junto con Davi Bock de la Universidad de Vermont y otros colegas, comentan los diferentes tipos de neuronas que se pueden encontrar dentro del cerebro. Hay un total de más de 8.400, de los cuales más de 4.500 son nuevos para la ciencia.

Con algunas de las animaciones 3D generadas en los diferentes proyectos de investigación, podemos vislumbrar el interior de diferentes secciones del cerebro. Aquí puedes volar hacia las neuronas auditivas de la mosca, las células que la hembra utiliza para detectar los cantos de sus posibles parejas.

Y aquí puedes hacer zoom alrededor de parte de la brújula interna de la mosca, llamada anillo EPG.

Esta neurona CT1 es una de las dos únicas, cada una de las cuales abarca un ojo completo y contiene más de 140.000 sinapsis.

¿Adónde vamos desde aquí?

Este es un avance increíble, pero si esperas ver algo similar para el cerebro humano, probablemente tendrás que esperar algún tiempo. El cerebro completo de una mosca mide menos de 1 milímetro de ancho; todo un cerebro humano es casi insondablemente más complejo.

Sin embargo, el equipo ya tiene otro objetivo en mente. "El cerebro de la mosca es un hito en nuestro camino hacia la reconstrucción de un diagrama de cableado de un cerebro de ratón completo", comentó el Dr. Sebastian Seung de la Universidad de Princeton, uno de los codirectores de la investigación.

Ahora que FlyWire ha demostrado lo que se puede lograr, no hay razón para que el mismo enfoque no pueda ampliarse gradualmente para abordar desafíos mayores. Y mientras tanto, el conectoma ya está facilitando investigaciones que podrían tener implicaciones importantes también para los humanos. "Años de trabajo dedicados a experimentos anatómicos para rastrear la conectividad serán reemplazados por unos pocos clics en el sitio web FlyWire", escribe Devineni.

Las moscas comparten el 60 por ciento de nuestro ADN y existen muchos paralelos en el funcionamiento de nuestro cerebro. La publicación de este nuevo mapa cerebral marca un verdadero hito que sin duda dará forma a la investigación en neurociencia en las próximas décadas.

El artículo emblemático se publica en Nature. Se puede acceder a los artículos complementarios, también publicados en Nature, a través de esta página de inicio.