Un equipo de científicos liderado por Princeton ha logrado un avance significativo en la neurociencia al crear el primer mapa neuronal completo de una mosca de la fruta adulta (Drosophila melanogaster), un paso clave para la comprensión del cerebro. Este «conectoma», que es el mapeo sináptico y neuronal del cerebro, representa un logro histórico en el estudio de los circuitos cerebrales y ofrece un nuevo camino hacia la investigación del cerebro de especies más complejas, incluido el humano.
¿Por qué una mosca de la fruta?
Es común preguntarse por qué los científicos eligen estudiar cerebros de insectos tan pequeños como la mosca de la fruta. La respuesta reside en que, a pesar de su simplicidad en comparación con el cerebro humano, los cerebros de estas moscas procesan la información de manera muy similar a la de otros animales, incluidos los humanos. Las moscas de la fruta comparten el 60 % del ADN humano, y tres de cada cuatro enfermedades genéticas que afectan a los humanos tienen un paralelo en este insecto. Esta similitud genética convierte a la Drosophila melanogaster en un modelo ideal para la investigación neurocientífica.
Además, el cerebro de la mosca de la fruta es un modelo simplificado, pero funcionalmente relevante, para estudiar procesos cognitivos como el aprendizaje, la memoria y las interacciones sociales. Estos insectos, que son capaces de volar, aprender y mostrar conductas sociales, resuelven muchos de los mismos problemas que enfrentan los humanos, lo que los convierte en una herramienta valiosa para explorar los fundamentos biológicos del comportamiento.
El primer conectoma completo de un adulto
El conectoma de la mosca de la fruta adulta representa un avance significativo. Anteriormente, los investigadores habían mapeado cerebros más simples, como el del gusano C. elegans, que tiene solo 302 neuronas, y el de la larva de la mosca de la fruta, con 3,000 neuronas. Sin embargo, el cerebro de la mosca adulta es mucho más complejo, con aproximadamente 140,000 neuronas y alrededor de 50 millones de sinapsis que conectan estas neuronas. Este nivel de detalle es crucial, ya que ofrece una vista sin precedentes de cómo se conectan las neuronas y cómo estas conexiones influyen en el comportamiento.
La revista Nature publicó este logro en su edición especial del 2 de octubre, donde se destacan nueve estudios relacionados con el conectoma de la mosca de la fruta. El equipo de investigación internacional involucró a más de 76 laboratorios y 287 investigadores de todo el mundo, y fue coordinado por el Consorcio FlyWire, liderado por Sven Dorkenwald, un recién graduado de doctorado de Princeton.
Un mapa como «Google Maps» para cerebros
Dorkenwald compara el conectoma con un «Google Maps» para el cerebro. Así como este popular servicio de mapas permite a las personas navegar por calles y ciudades, el conectoma proporciona un atlas detallado del cerebro, con cada neurona y sinapsis etiquetada y anotada. «Lo que hemos hecho es construir un atlas del cerebro, y hemos añadido anotaciones para todas las neuronas, sinapsis y conexiones», explicó Dorkenwald. «Con este mapa, los investigadores están equipados para navegar el cerebro y tratar de comprenderlo».
Este «Google Maps» del cerebro no solo traza las conexiones principales, sino que también identifica pequeños callejones y caminos neuronales dentro del cerebro de la mosca, lo que permite una comprensión más profunda de cómo interactúan las diferentes regiones cerebrales.
Tecnología avanzada para mapear el cerebro
La creación del conectoma de la mosca de la fruta fue posible gracias a una combinación de tecnología avanzada y colaboración global. El mapa se construyó a partir de 21 millones de imágenes del cerebro de una mosca de la fruta, capturadas por un equipo de científicos liderado por Davi Bock en el Instituto Janelia de Investigación del Howard Hughes Medical Institute. Estas imágenes, que ocupan más de 100 terabytes de datos, fueron procesadas utilizando inteligencia artificial (IA) para crear un mapa tridimensional detallado del cerebro.
La inteligencia artificial fue fundamental para este proceso, ya que sin ella habría sido imposible reconstruir manualmente el complejo cableado neuronal. «Esto demuestra cómo la IA puede impulsar el avance de la neurociencia», comentó Sebastian Seung, uno de los líderes del proyecto. Sin embargo, para garantizar la precisión, los investigadores también crearon un sistema de herramientas que permitió a una comunidad global de científicos revisar y corregir los segmentos del mapa neuronal.
Implicaciones para la investigación futura
Este avance no solo es un logro técnico, sino que también tiene profundas implicaciones para la investigación neurocientífica. Ahora que se ha mapeado el cerebro completo de la mosca de la fruta adulta, los investigadores pueden comenzar a correlacionar neuronas específicas con comportamientos particulares. Esto podría abrir la puerta a tratamientos personalizados para enfermedades cerebrales.
John Ngai, director de la Iniciativa BRAIN del Instituto Nacional de Salud de Estados Unidos, que financió parcialmente el proyecto, destacó la importancia de este logro: «Sin una comprensión detallada de cómo las neuronas se conectan entre sí, no podemos tener una comprensión básica de lo que sale bien en un cerebro sano o lo que sale mal en una enfermedad». Este proyecto es un paso crucial hacia esa comprensión.
De la mosca al ratón y más allá
El éxito del mapeo del cerebro de la mosca de la fruta también sienta las bases para futuros proyectos en cerebros más complejos. Ya está en marcha un proyecto para mapear el cerebro de un ratón, que es mucho más grande y complejo que el de una mosca, pero sigue siendo un paso intermedio hacia la comprensión del cerebro humano. Aunque un conectoma completo del cerebro humano está más allá de nuestras capacidades actuales, el trabajo realizado con la mosca de la fruta es un precursor de los avances que se espera lograr en los próximos años.
Gregory Jefferis, de la Universidad de Cambridge, predice que en los próximos cinco a diez años no solo tendremos un conectoma completo del cerebro de ratón, sino varios, lo que permitirá a los científicos comparar cómo las experiencias de vida influyen en los cambios cerebrales.
El futuro de la neurociencia
El conectoma de la mosca de la fruta es un ejemplo sobresaliente de cómo la tecnología y la colaboración global pueden llevar la ciencia a nuevas alturas. El consorcio FlyWire no solo ha logrado mapear uno de los cerebros más complejos jamás estudiados, sino que también ha demostrado que la ciencia abierta y la inteligencia artificial pueden acelerar el progreso en la comprensión del cerebro.
Este avance promete abrir nuevas fronteras en la neurociencia y allanar el camino para tratamientos innovadores para enfermedades cerebrales en humanos. Como dijo John Ngai: «No podemos arreglar lo que no conocemos», y ahora, gracias a este increíble logro, conocemos mucho más sobre cómo funciona el cerebro.
