El mapa cerebral más grande jamás descubierto revela las neuronas de la mosca de la fruta con exquisito detalle
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| Los investigadores han mapeado casi 140.000 neuronas en el cerebro de la mosca de la fruta. Esta versión muestra las 50 más grandes. Fuente: Tyler Sloan y Amy Sterling para FlyWire, Universidad de Princeton (ref. 1) |
El diagrama de cableado establece las conexiones entre casi 140.000 neuronas y revela nuevos tipos de células nerviosas.
02 octubre 2024.- La mosca de la fruta puede no ser el organismo más inteligente, pero los científicos aún pueden aprender mucho de su cerebro . Los investigadores esperan hacerlo ahora que tienen un nuevo mapa —el más completo de cualquier organismo hasta ahora— del cerebro de una sola mosca de la fruta ( Drosophila melanogaster ). El diagrama de cableado, o "conectoma", incluye casi 140.000 neuronas y captura más de 54,5 millones de sinapsis, que son las conexiones entre las células nerviosas.
“Es un logro enorme”, afirma Clay Reid, neurobiólogo del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro en Seattle, Washington, que no participó en el proyecto pero trabajó con uno de los miembros del equipo que sí participó. “Es algo que el mundo ha estado esperando ansiosamente durante mucho tiempo”.
El mapa 1 se describe en un paquete de nueve artículos sobre los datos publicados hoy en Nature . Sus creadores forman parte de un consorcio conocido como FlyWire , codirigido por los neurocientíficos Mala Murthy y Sebastian Seung de la Universidad de Princeton en Nueva Jersey.
Un largo camino
Seung y Murthy afirman que han estado desarrollando el mapa FlyWire durante más de cuatro años, utilizando imágenes de microscopía electrónica de cortes del cerebro de la mosca. Los investigadores y sus colegas unieron los datos para formar un mapa completo del cerebro con la ayuda de herramientas de inteligencia artificial (IA).
Pero estas herramientas no son perfectas y era necesario comprobar el diagrama de cableado para detectar errores. Los científicos dedicaron mucho tiempo a corregir manualmente los datos, tanto que invitaron a voluntarios a colaborar. En total, los miembros del consorcio y los voluntarios realizaron más de 3 millones de ediciones manuales, según el coautor Gregory Jefferis, neurocientífico de la Universidad de Cambridge, Reino Unido. (Señala que gran parte de este trabajo se llevó a cabo en 2020, cuando los investigadores de las moscas estaban desorganizados y trabajaban desde casa durante la pandemia de COVID-19).
Pero el trabajo no había terminado: el mapa aún tenía que ser anotado, un proceso en el que los investigadores y voluntarios etiquetaron cada neurona como un tipo particular de célula. Jefferis compara la tarea con evaluar imágenes satelitales: se podría entrenar un software de inteligencia artificial para que reconociera lagos o caminos en esas imágenes, pero los humanos tendrían que verificar los resultados y nombrar los lagos o caminos específicos por sí mismos. En total, los investigadores identificaron 8.453 tipos de neuronas, mucho más de lo que nadie esperaba. De ellos, 4.581 fueron descubiertos recientemente, lo que creará nuevas direcciones de investigación ya que cada uno de esos tipos de células es una pregunta.
El equipo también se sorprendió por algunas de las formas en que las distintas células se conectan entre sí. Por ejemplo, las neuronas que se pensaba que participaban en un solo circuito de cableado sensorial, como la vía visual, tendían a recibir señales de múltiples sentidos, incluidos el oído y el tacto 1 .
Explorando el mapa
Los datos del mapa FlyWire han estado disponibles para que los investigadores los exploren durante los últimos años. Esto ha permitido a los científicos aprender más sobre el cerebro y sobre las moscas de la fruta, hallazgos que se reflejan en algunos de los artículos publicados hoy en Nature .
En un artículo 2 , por ejemplo, los investigadores utilizaron el conectoma para crear un modelo informático de todo el cerebro de la mosca de la fruta, incluidas todas las conexiones entre neuronas. Lo probaron activando neuronas que sabían que percibían sabores dulces o amargos. A continuación, estas neuronas lanzaron una cascada de señales a través del cerebro de la mosca virtual, que finalmente activaron las neuronas motoras vinculadas a la probóscide de la mosca, el equivalente a la lengua de los mamíferos. Cuando se activó el circuito dulce, se transmitió una señal para extender la probóscide, como si el insecto se estuviera preparando para alimentarse; cuando se activó el circuito amargo, se inhibió esta señal. Para validar estos hallazgos, el equipo activó las mismas neuronas en una mosca de la fruta real. Los investigadores descubrieron que la simulación tenía una precisión de más del 90% a la hora de predecir qué neuronas responderían y, por lo tanto, cómo se comportaría la mosca.
En otro estudio 3 , los investigadores describen dos circuitos de cableado que le indican a una mosca que deje de caminar. Uno de ellos contiene dos neuronas que son responsables de detener las señales de "caminar" enviadas desde el cerebro cuando la mosca quiere detenerse y alimentarse. El otro circuito incluye neuronas en el cordón nervioso, que recibe y procesa señales del cerebro. Estas células crean resistencia en las articulaciones de las patas de la mosca, lo que permite que el insecto se detenga mientras se acicala.
Una limitación del nuevo conectoma es que se creó a partir de una única mosca hembra de la fruta. Aunque los cerebros de las moscas de la fruta son similares entre sí, no son idénticos. Hasta ahora, el conectoma más completo para un cerebro de mosca de la fruta era un mapa de un "hemicerebro" , una parte del cerebro de una mosca que contiene alrededor de 25.000 neuronas. En uno de los artículos de Nature que se publicaron hoy 4 , Jefferis, Davi Bock, un neurobiólogo de la Universidad de Vermont en Burlington, y sus colegas compararon el cerebro de FlyWire con el hemicerebro.
Algunas de las diferencias fueron sorprendentes. La mosca FlyWire tenía casi el doble de neuronas en una estructura cerebral llamada cuerpo en forma de hongo, que está relacionada con el olfato, en comparación con la mosca utilizada en el proyecto de mapeo del hemicerebro. Bock cree que la discrepancia podría deberse a que la mosca del hemicerebro podría haber muerto de hambre mientras aún estaba creciendo, lo que perjudicó el desarrollo de su cerebro.
Los investigadores de FlyWire afirman que aún queda mucho trabajo por hacer para comprender por completo el cerebro de la mosca de la fruta. Por ejemplo, el último conectoma muestra únicamente cómo las neuronas se conectan a través de sinapsis químicas, a través de las cuales las moléculas llamadas neurotransmisores envían información. No ofrece ninguna información sobre la conectividad eléctrica entre neuronas o sobre cómo las neuronas se comunican químicamente fuera de las sinapsis .
Los científicos esperan tener también, en algún momento, un conectoma de mosca macho, que permitiría a los investigadores estudiar comportamientos específicos de los machos.
Fuente: Nature
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