la mosca de la fruta Drosophila melanogaster Es un organismo modelo importante. Crédito: Eye of Science/Science Photo Library
Los científicos han generado el primer mapa completo del cerebro de un pequeño insecto, incluidas todas sus neuronas y sinapsis conectadas.
La investigación, publicada el 9 de marzo en Ciencia1, proporciona por primera vez un diagrama de cableado cerebral conocido como el conectoma de un animal complejo: la mosca de la fruta. Drosophila melanogaster. El mapa muestra las 3.016 neuronas y las 548.000 sinapsis reunidas en un hombre joven. drosófiladel cerebro, que es más pequeño que una semilla de amapola.
El mapa es un hito en la comprensión de cómo el cerebro procesa el flujo de información sensorial y lo traduce en acción. “Ahora tenemos un cerebro de referencia”, dice Marta Zlatic, neurocientífica de la Universidad de Cambridge, Reino Unido, y coautora del artículo. «Podemos ver lo que sucede con la conectividad en modelos de enfermedad de Alzheimer y Parkinson y cualquier enfermedad degenerativa».
modelo ideal
Hasta ahora, los científicos solo habían mapeado los conectomas de los gusanos. Caenorhabditis elegans Es Platynereis dumeriliiy la larva de ascidia Ción intestinal. drosófila era un modelo ideal para estudios de conectomas, porque los científicos ya han secuenciado su genoma y las larvas tienen cuerpos transparentes. Las moscas de la fruta también exhiben comportamientos sofisticados, incluido el aprendizaje, la navegación por paisajes, el procesamiento de olores y la evaluación de los riesgos y beneficios de una acción. «Su tamaño es manejable para la tecnología actual», dice Chung-Chuang Lo, neurocientífico computacional de la Universidad Nacional Tsing Hua en Hsinchu, Taiwán.
“Si me hubieran preguntado en la década de 1980, ¿cuándo C. elegans el trabajo que se estaba haciendo en este proyecto de la mosca de la fruta hubiera sido imposible”, dice Albert Cardona, neurocientífico de la Universidad de Cambridge y coautor del artículo.
Este diagrama muestra la conectividad en el cerebro de la mosca de la fruta. Cada punto representa una neurona. Las neuronas con conectividad más similar se trazan más juntas. Las líneas muestran las conexiones entre las neuronas. El borde muestra ejemplos de diferentes estructuras y formas de neuronas. Crédito: Benjamin Pedigo
Los investigadores pasaron un año y medio capturando imágenes del cerebro de un solo bebé de seis horas. drosófila larva con un microscopio electrónico de resolución nanométrica. Usando un programa asistido por computadora, localizaron las neuronas y las sinapsis y pasaron meses revisándolas manualmente.
Los autores identificaron 3016 neuronas, el 93% de las cuales estaban emparejadas con una neurona asociada en el hemisferio cerebral opuesto. La mayoría de las neuronas desapareadas eran células de Kenyon, neuronas clave en el centro del aprendizaje y la memoria.
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Luego, los investigadores rastrearon las conexiones tortuosas de cada neurona y anotaron 548,000 sinapsis, que se pueden agrupar en cuatro tipos. “Esto requiere mucho tiempo y trabajo”, dice Kei Ito, neurocientífico de la Universidad de Colonia en Alemania.
La mayor parte del trabajo sobre los conectomas ha incluido un tipo de conexión, desde el axón de una neurona hasta las dendritas de otra, y ha ignorado las conexiones axón-axón o dendrita a dendrita. “Ahora debemos reconsiderarlos: probablemente debamos pensar en crear un nuevo modelo computacional del sistema nervioso”, dice Lo.
multiples caminos
El diagrama de cableado mostró que el cerebro del insecto tenía múltiples capas, con vías de diferentes longitudes que conectaban las entradas y salidas del cerebro.
Es «una estructura agradable y anidada», dice Michael Winding, neurocientífico de la Universidad de Cambridge y coautor del artículo. Pero algunas de las redes cerebrales tienen atajos, saltándose capas. Los autores sugieren que tales atajos aumentan la capacidad computacional del cerebro y compensan el número limitado de neuronas.
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El equipo también descubrió que el 41 % de las neuronas cerebrales forman «bucles recurrentes», proporcionando retroalimentación a sus socios ascendentes. Estos atajos y bucles se parecen a las redes neuronales artificiales de última generación que se utilizan en la investigación de inteligencia artificial. “Es interesante que el campo de la informática esté convergiendo en lo que ha descubierto la evolución”, dice Cardona.
El mapa actual proporciona datos de un solo animal, pero los autores dicen que los avances tecnológicos permitirán mapear más moscas y, eventualmente, otras especies. “Ahora puede usarlo para entrenar el aprendizaje automático para hacer esto mucho más rápido”, dice Zlatic.
“No es toda la historia”, dice Lo. El siguiente paso es mapear el cerebro adulto. drosófilaque es más complejo y tiene más neuronas, añade.
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