Primer mapa completo de las neuronas en el cerebro de un insecto

Comprender el cerebro es una carrera constante que parece no tener fin, pero sí tiene una meta clara. Y cada paso hacia adelante aporta información fundamental. En este caso el paso lo ha dado un equipo liderado por Marta Zlatic y Albert Cardona de la Universidad de Cambridge: el primer mapa completo de las neuronas en el cerebro de un insecto. El logro nos ayudará a comprender los principios básicos por los cuales las señales viajan a través del cerebro a nivel neuronal y conducen al comportamiento y al aprendizaje.

El mapa de las 3.016 neuronas que componen el cerebro de la larva de la mosca de la fruta y el circuito detallado de las vías neuronales dentro de él se conoce como "conectoma". Este es el conectoma cerebral completo más grande descrito hasta la fecha. El sistema nervioso de un organismo, incluido el cerebro, está formado por neuronas que están conectadas entre sí a través de sinapsis. La información en forma de sustancias químicas pasa de una neurona a otra a través de estos puntos de contacto.

“La forma en que está estructurado el circuito cerebral influye en los cálculos que puede hacer el cerebro – señala Cardona –. Pero, hasta ahora, no habíamos visto la estructura de ningún cerebro excepto el del gusano C. elegans, el renacuajo de un cordado bajo y la larva de un anélido marino, todos los cuales tienen apenas unos cientos de neuronas. Esto significa que la neurociencia ha estado operando principalmente sin mapas de circuitos. Sin conocer la estructura de un cerebro, estamos adivinando la forma en que se implementan los cálculos. Pero ahora, podemos comenzar a obtener una comprensión mecánica de cómo funciona el cerebro”.

Para construir una imagen del conectoma de la larva de la mosca de la fruta, el equipo de Zlatic y Cardona escanearon miles de cortes del cerebro de la larva usando un microscopio electrónico de alta resolución. Con este material reconstruyeron las imágenes resultantes en un mapa del cerebro de la mosca y anotaron minuciosamente las conexiones entre las neuronas. Además de mapear las 3.016 neuronas, mapearon la increíble cantidad de 548.000 sinapsis.

A pesar que la tecnología actual aún no está lo suficientemente avanzada como para mapear el conectoma de animales superiores como los grandes mamíferos, Zlatic sostiene que “todos los cerebros son similares, todos son redes de neuronas interconectadas, y todos los cerebros de todas las especies tienen que realizar muchos comportamientos complejos: todos necesitan procesar información sensorial, aprender, seleccionar acciones, navegar en sus entornos, elegir alimentos, reconocer a sus congéneres. , escapar de los depredadores, etc. De la misma manera que los genes se conservan en todo el reino animal, creo que los motivos del circuito básico que implementan estos comportamientos fundamentales también se conservarán”.

En el estudio, publicado en la revista Science, se describen también las herramientas computacionales desarrolladas para identificar vías probables de flujo de información y diferentes tipos de circuitos en el cerebro del insecto. También encontraron que algunas de las características estructurales son exactamente como la arquitectura de aprendizaje profundo de última generación.

“El aspecto más desafiante de este trabajo fue comprender e interpretar lo que vimos –añade Zlatic –. Nos enfrentábamos a un circuito neuronal complejo con mucha estructura. En colaboración con los grupos del profesor Priebe y del profesor Vogestein en la Universidad Johns Hopkins, desarrollamos herramientas computacionales para extraer y predecir de la estructura los motivos de circuito relevantes. Al comparar este sistema biológico, también podemos inspirar potencialmente mejores redes artificiales”.

El siguiente paso será profundizar para comprender, por ejemplo, la arquitectura requerida para funciones de comportamiento específicas, como el aprendizaje y la toma de decisiones, y observar la actividad en todo el conectoma mientras el insecto está realizando diferentes tareas.