Esta es una recreación del cableado neuronal de una larva de mosca de la fruta (Drosophila melanogaster). A simple vista parecen dos globos de colores, pero realmente son miles de neuronas conectadas a una red de células.
Cuando pensamos en un cerebro, solemos imaginar dos hemisferios exactamente iguales en color y forma. Sin embargo, no todos siguen esa regla. Los científicos de la Universidad Johns Hopkins y la Universidad de Cambridge se dieron cuenta de ello al crear el primer mapa del cerebro de un insecto, el conectoma. Un logro histórico que tomó 12 años de arduo trabajo.
Se trata del mayor diagrama de conexiones neuronales descrito hasta la fecha, pues muestra la ubicación de las 3.016 neuronas en el cerebro de la mosca, así como los 548.000 puntos de sinapsis donde las células pueden enviar mensajes químicos y señales eléctricas.
Con el conectoma, los científicos han dado un paso más para entender tanto a los insectos como a los humanos.
Dentro del cerebro de los insectos
Más de 80 personas ayudaron a construir este conectoma. Para hacerlo, cortaron en rodajas finas el cerebro de una larva de mosca en 5.000 secciones y tomaron imágenes microscópicas de cada rebanada. Luego, juntaron estas imágenes para formar un volumen 3D en el que se rastrearon manualmente las conexiones neuronales.
¿El resultado? Un mapa complejo de colores que sorprendió a los científicos de varias maneras.
Hasta ahora se pensaba que las neuronas envíaban mensajes salientes a través de cables largos llamados “axones”, y recibían mensajes a través de cables ramificados llamados “dendritas”. Sin embargo, resulta que el cerebro de las moscas está formado por conexiones de axón a axón, dendrita a dendrita y dendrita a axón. Estos tres métodos constituyen aproximadamente el tercio de las sinapsis en su cerebro.
Además, tienen un cableado de nervios sorprendentemente «superficial» para lo que se esperaría en un ser vivo. Esto quiere decir que la información sensorial entrante pasa a través de muy pocas neuronas antes de pasar a una involucrada en el control motor, que permite que la mosca realice un comportamiento físico.
“Este nivel de eficiencia en el cerebro de las larvas indica “atajos» entre circuitos que se asemejan un poco a los de los sistemas de IA de última generación”.
Michael Winding, investigador de la Universidad de Cambridge
Así que, en pocas palabras, el cerebro de un insecto es como un mapa complejo: lleno de conexiones neuronales que se superponen creando un manojo de nervios.
Un gran paso para la neurociencia
El primer intento de cartografiar un cerebro ocurrió en la década de 1970, y dio como resultado un mapa parcial de las neuronas de un gusano redondo.
Desde entonces, se han cartografiado conectomas en otros animales, como moscas, ratones e incluso seres humanos. Pero estas reconstrucciones suelen representar solo una pequeña fracción del cerebro total, a veces incluso menos.
Así que este nuevo mapa cerebral, el primero en captar la forma en que la información fluye a través del cerebro, podría ayudarnos a entender también la red cerebral humana. Después de todo, las estructuras son similares y los cerebros de todas las especies están diseñados para realizar los mismos comportamientos complejos: procesar información sensorial, aprender, seleccionar acciones, navegar por su entorno, elegir comida, reconocer a sus congéneres o escapar de depredadores.
«Si queremos entender quiénes somos y cómo pensamos, parte de ello consiste en comprender el mecanismo del pensamiento. La neurociencia ha funcionado sin mapas de circuitos. Estábamos adivinando cómo se implementaban los cálculos, pero ahora podemos empezar a comprender de forma mecánica cómo funciona el cerebro».
Joshua T. Vogelstein, investigador en la Universidad Johns Hopkins
Hay buenas razones para pensar que los mecanismos que tienen las moscas para implementar ese tipo de funciones cognitivas también están en los humanos. Pero aunque ese no fuera el caso, las conexiones en el cerebro del insecto mostraron características que recordaban «sorprendentemente» a las arquitecturas de aprendizaje automático. Así que el equipo espera que el estudio pueda inspirar también nuevos sistemas de inteligencia artificial, más eficientes energéticamente.
En cualquier caso, esta recreación supone un salto cuántico para los neurocientíficos en la comprensión de cómo aprenden los humanos, cómo almacenan recuerdos y cómo convierten los estímulos en movimientos.
Lo que hay en el conectoma no es otra cosa que la clave para comprender lo que comúnmente llamamos “cerebro”.
Referencias:
The connectome of an insect brain https://www.doi/10.1126/science.add9330
