¿Por dónde empezarías a estudiar un cerebro? Durante siglos no hemos tenido ni idea. Hasta la llegada de Ramón y Cajal no veíamos más que una masa gelatinosa. Como mucho, podíamos estudiar sus relieves y ver qué funciones se veían afectadas cuando se lesionaba una de esas zonas cerebrales. Fue con los descubrimientos de aquel genio español que descubrimos la existencia de las neuronas: células con forma de árbol que constituían el cerebro, conectándose entre sí como si fueran circuitos. Si ellas eran la base del sistema nervioso y por ellas viajan esos impulsos eléctricos con los que procesamos información… conocer todo el “mapa de carreteras” neuronal sería tremendamente revelador.

Ahora bien… el cerebro humano tiene 86.000 millones de neuronas y cada una de ellas establece unas 7000 conexiones con otras neuronas. El número resultante es descomunal y desborda por completo nuestra capacidad de cartografiar el cerebro. Precisamente por eso, un grupo de investigadores empezó a afinar nuestras tecnologías de mapeo con cerebros más sencillos. Tras mucho trabajo, en 2019 lograron presentar el primer mapa completo del cerebro de un gusano llamado C. elegans, con sus 302 neuronas. Tras cuatro años, en 2023, subieron la apuesta publicando el mapa detallado de las 3.016 neuronas de la larva de una mosca de la fruta y, ahora, apenas un año después, han presentado el de una mosca de la fruta adulta, con 139.255 neuronas y más de 50 millones de conexiones. Un hito sin precedentes para la neurociencia.

Un trabajo de IA

¿Cómo es posible que, lo que nos ha costado tantos años, ahora se esté acelerando en cuestión de meses? La respuesta es sencilla: la IA. Mapear un cerebro completo entraña muchas complejidades, una de las principales es hacer los cortes. Para poder ver la ubicación de sus neuronas a medida que profundizan en el cerebro tenemos que cortarlo en rebanadas tremendamente finas, porque si son muy gruesas habrá neuronas que se nos pierdan por quedar totalmente emparedadas en el interior de una loncha, sin cruzar los cortes.

En concreto, para mapear el cerebro de la mosca de la fruta han necesitado hacer 7.000 cortes, que pueden parecer pocos, pero debemos recordar que el cerebro del susodicho insecto mide menos de 1 milímetro de ancho. Cada corte tenía 40 nanómetros de grosor. Cada pelo humano tiene 60.000 nanómetros de grosor, por lo que en él cabrían 2500 cortes. Luego, para registrar la superficie de todas esas rebanadas, hicieron falta 21 millones de imágenes en una calidad tal que ocuparon 100 terabytes de memoria. Calculando que un ordenador casero bueno cuenta con unos cuatro terabytes, harían falta 25 ordenadores para almacenar las fotos de este milímetro de cerebro. Pero el trabajo no ha terminado, el siguiente paso es superponer todas esas imágenes y trazar qué partes de una se corresponden con las de su superior, reconstruyendo el camino de esas neuronas que las atraviesan, como si siguiéramos una nube de puntos con el lápiz, de mancha en mancha. Con 50 millones de conexiones, es una tarea que ha requerido de la inestimable ayuda de las inteligencias artificiales.

33 años de trabajo

Si sumamos los años que han dedicado a revisar este mapa todas las personas implicadas, sumaremos un total de 33 años de trabajo continuados, sin descanso. Y es que, aunque la inteligencia artificial ha agilizado mucho, todavía comete suficientes fallos como para necesitar una supervisión humana que, por otro lado, ha llevado mucho menos tiempo que si todo el trabajo lo hubieran tenido que realizar personas. De hecho, en 2021 ya habían corregido un 15% de las neuronas, desde entonces han estado revisando el otro 85%.

Por si fuera poco, este mapa atesora incluso más información. A las carreteras y conexiones se suma un atlas de neuronas, porque cada célula ha sido identificada y categorizada entre 8.000 posibles tipos celulares. Los investigadores han podido dividir las neuronas, incluso, en dos grandes grupos, en función de si son excitatorias (su activación activa a otras), o inhibitorias (al activarse inhiben a sus vecinas). Con un análisis tan pormenorizado los expertos han logrado contabilizar que el 0,5% de las neuronas han sufrido alteraciones durante el desarrollo cerebral que podrían dar lugar a conexiones erróneas. Dicho de otro modo: 1 de cada 200 neuronas tienen defectos que podrían afectar al funcionamiento del cerebro.

Con suerte, esta investigación nos ayudará a comprender mejor nuestro propio cerebro. No en vano, las moscas de la fruta comparten el 60% del ADN con nosotros y tres de cada cuatro enfermedades genéticas humanas tienen su equivalente en ellas. Una absoluta belleza encerrada en apenas 1 milímetro de neuronas enmarañadas. Nunca tuvo tanta razón aquella frase de Darwin: "El cerebro de una hormiga es uno de los átomos de materia más maravillosos del mundo, quizá más aún que el cerebro humano."

QUE NO TE LA CUELEN:

• En realidad, los insectos no tienen un cerebro propiamente dicho, cuentan con ganglios cerebrales, que son estructuras mucho más complejas y que se pueden encontrar distribuidos en lugar de centralizados, como es el caso de nuestro encéfalo. En cualquier caso, son el análogo de nuestro cerebro y eso le da un enorme valor a esta investigación.

REFERENCIAS (MLA):

• Dorkenwald, Sven, et al. "Neuronal Wiring Diagram of an Adult Brain." Nature, 2024, https://doi.org/10.1038/s41586-024-07558-y.
• Schlegel, Philipp, et al. "Whole-Brain Annotation and Multi-Connectome Cell Typing of Drosophila." Nature, 2024, https://doi.org/10.1038/s41586-024-07686-5.