Científicos han rastreado todas las 54.5 millones de conexiones en el cerebro de una mosca de la fruta

En el cerebro de una singular mosca de la fruta, las células nerviosas se entrelazan, lo que le permite volar, aparearse, comer, dormir y cualquier otra actividad de su vida como mosca. Ahora, en nueve artículos publicados el 2 de octubre en Nature, los científicos informan del primer mapa completo de sus células nerviosas (las 139.255, para ser exactos) y sus 54,5 millones de conexiones.

Este mapa de todo el cerebro, trazado a lo largo de años con minuciosa precisión, es diminuto pero exquisito: contiene 149,2 metros de cableado neuronal, todo ordenado en un cerebro del tamaño de una semilla de amapola. Como tal, este mapa muestra cómo la información neuronal podría fluir entre las células de Drosophila melanogaster, un animal que es más simple que un humano pero lo suficientemente complejo como para seguir siendo un misterio para las personas que intentan comprender su cerebro.

"Este trabajo es absolutamente fascinante", afirma el neurocientífico Olaf Sporns de la Universidad de Indiana en Bloomington. En 2005, él y sus colegas acuñaron el término "conectoma", una descripción de las conexiones entre las células nerviosas o neuronas (SN: 7/2/14). En los casi 20 años transcurridos desde entonces, el científico ha mapeado más conectomas, incluidos los de gusanos machos y hermafroditas C. elegans, una larva de mosca de la fruta, pequeños trozos de cerebros humanos y de ratón, y parte del cerebro de una mosca de la fruta adulta (SN: 9/3/23; SN: 7/8/19; SN: 23/05/24). Este último conectoma de mosca de la fruta es el más grande de su tipo.

"Cuando comenzó la conectómica, crear un mapa como el presentado en este trabajo parecía casi ciencia ficción", dice Sporns. “Y ahora, sorprendentemente, aquí está”.

El proyecto implicó imágenes de microscopía electrónica de más de 7.000 cortes finos del cerebro de una mosca de la fruta hembra y aprendizaje automático que alineó los complejos zarcillos de las neuronas, rastreando células a través de diferentes cortes. El aprendizaje automático acercó a los investigadores a todo el conectoma. “Pero todavía se necesitan seres humanos para corregir los errores”, afirma Sven Dorkenwald, neurocientífico computacional que trabajó en el proyecto en la Universidad de Princeton y que ahora trabaja en el Instituto Allen de Ciencias del Cerebro y la Universidad de Washington en Seattle. Cientos de personas de más de 50 laboratorios revisaron el mapa con ojos humanos, asegurándose de que las formas de las células fueran como parecían. Fue un gran trabajo, de principio a fin.

“¿Pensamos que íbamos a tardar tanto, como que casi 20 años después tendríamos el conectoma de la mosca? Probablemente no”, dice Sebastian Seung, neurocientífico computacional de la Universidad de Princeton. "Pero las personas demasiado optimistas impulsan el progreso".

Al principio, trabajar en un mapa de conectomas "era algo contrario a lo que se podía hacer", dice Seung. “La mayoría de la gente pensó que era una locura. Hubo dos objeciones. Una es que no es posible y la segunda es que incluso si tuviera éxito, los datos serían inútiles”.

Pero los datos ya han demostrado su utilidad, revelando detalles celulares y pistas jugosas sobre cómo funciona el cerebro. Por ejemplo, sólo hay dos neuronas CT1 en todo el cerebro de la mosca, cada una de las cuales participa en la detección de cambios en la luz y el movimiento. Cada neurona se extiende a lo largo de todo un ojo y crea una enorme cantidad de sinapsis: más de 148.000, según muestra el mapa.

Otro análisis clasificó algunas neuronas en clases llamadas "integradoras", que reciben una gran cantidad de mensajes de otras células, o "transmisoras", que envían señales a una gran audiencia. Estas células de megáfono podrían ayudar a difundir las señales, pero de forma selectiva.

Y una vez mapeado el conectoma, los científicos han comenzado a construir modelos informáticos de cómo fluye la información en el cerebro. "Empiezas con las conexiones entre neuronas y las utilizas para ayudarte a construir una simulación de una red", dice Seung. "Es un enfoque totalmente obvio, pero no podrías hacerlo si no tuvieras el conectoma".

Un nuevo estudio, por ejemplo, muestra cómo las neuronas gustativas pueden activar otras células posteriores. Y eso es sólo el comienzo, dice Seung. "Mi broma para los entusiastas de la ciencia ficción es que hubo que sacrificar una mosca para este experimento, pero esta mosca podría vivir para siempre en la simulación".

Sporns también mira hacia el futuro: “Preveo un futuro en el que los mapas de conectomas serán aún más completos y detallados, y pronto incluirán cerebros de vertebrados como ratones y humanos”, afirma. Esos mapas ayudarán a responder grandes preguntas sobre los conectomas cerebrales: si son variables entre los individuos, si cambian con el tiempo y si pueden ayudar a predecir comportamientos.