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| Representación de más de 1000 neuronas reconstruidas a partir del análisis de un milímetro cúbico de tejido cerebral de ratón. Fuente: Instituto Allen |
La reconstrucción 3D es la primera en superponer la actividad neuronal en un mapa a gran escala de células cerebrales.
09 abril 2025.- Investigadores han creado el diagrama de cableado cerebral más grande y detallado hasta la fecha de un mamífero, al mapear células en un milímetro cúbico de tejido cerebral de ratón . En un logro histórico, el diagrama también detalla la actividad de neuronas individuales a gran escala, una primicia en neurociencia.
El mapa 3D de alta resolución contiene más de 200.000 neuronas, de las cuales aproximadamente 82.000 son neuronas. También incluye más de 500 millones de puntos de conexión neuronal llamados sinapsis y más de 4 kilómetros de cableado neuronal, todo ello ubicado en un diminuto bloque de tejido en una región cerebral relacionada con la visión. El único mapa cerebral de escala comparable es el de un milímetro cúbico de cerebro humano , que incluía 16.000 neuronas y 150 millones de sinapsis . El nuevo mapa también capturó la actividad de decenas de miles de neuronas que emiten señales e interactúan entre sí para procesar la información visual.
Este mapa de actividad cerebral, combinado con el diagrama de cableado, marca un hito en la conectómica, un campo que busca mostrar cómo el cerebro procesa y organiza la información . Detrás de este gran esfuerzo se encuentran más de 150 investigadores del proyecto Inteligencia Artificial a partir de Redes Corticales (MICrONS), quienes describieron su trabajo en ocho artículos publicados hoy en Nature y Nature Methods . El proyecto MICrONS ha puesto sus recursos a disposición de la comunidad neurocientífica en línea, y otros equipos ya los están explorando en diferentes estudios.
“Consiguieron algo que no habíamos logrado como comunidad neurocientífica en prácticamente toda nuestra historia: mapear la actividad neuronal en el cableado de una población neuronal muy grande”, afirma Mariela Petkova, neurocientífica de la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts, quien no participa en el proyecto. “Nunca lo habíamos visto a esta escala”.
Los datos son "realmente de una belleza asombrosa", afirma Forrest Collman, neurocientífico del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro en Seattle, Washington, coautor de los estudios. "Observarlos realmente te maravilla ante la complejidad del cerebro, algo muy similar a observar las estrellas en la noche".
Ratón en una matriz
Para crear este mapa innovador, los investigadores registraron primero la activación de casi 76.000 neuronas en la corteza visual de un ratón mientras este veía varios vídeos, incluyendo fragmentos de Matrix , durante dos horas. A continuación, cortaron un milímetro cúbico del cerebro del ratón en miles de cortes de tejido, cada uno de aproximadamente una cuatrocientasésima parte del grosor de un cabello humano.
Los científicos fotografiaron cada corte y ensamblaron las imágenes en un mapa 3D. Finalmente, utilizaron inteligencia artificial y algoritmos de aprendizaje automático para anotar las neuronas, sus proyecciones de ramificación y sus sinapsis. El equipo también comparó las neuronas del mapa con sus grabaciones de neuronas en acción.
Moritz Helmstaedter, neurocientífico del Instituto Max Planck para la Investigación del Cerebro en Fráncfort, Alemania, afirma que «la combinación de función y estructura a esa escala» no tiene precedentes. Es «un esfuerzo y un éxito impresionantes».
Fuego unido, cable unido
El trabajo arrojó información sobre las reglas básicas que configuran los circuitos neuronales en el cerebro del ratón. Por ejemplo, los autores descubrieron 3 que las neuronas de la corteza que responden a características visuales similares, como ciertas formas o direcciones de movimiento, suelen formar más conexiones entre sí, independientemente de la distancia entre ellas, que con neuronas especializadas en un tipo de característica diferente.
Los resultados aportan un nuevo giro a una antigua teoría neurocientífica, afirma Collman: que «las neuronas que se activan juntas se conectan entre sí». Estudios previos han probado esta teoría solo en un número limitado de neuronas y sinapsis. El estudio actual muestra que «existe una diversidad en la aplicación de esta regla en todos los componentes de la corteza», añade.
Los investigadores de MICrONS esperan que su conjunto de datos ayude a revelar diversas características y procesos cerebrales. «Existen diversas áreas corticales que comprendemos con distintos niveles de detalle y de distintas maneras. Y creo que esto es solo el comienzo de la relación entre estructura y función», afirma Clay Reid, neurobiólogo del Instituto Allen y coautor de los artículos de MICrONS.
Helmstaedter afirma que los investigadores pueden usar los mapas de cableado para estudiar cómo el cerebro almacena y evoca recuerdos visuales, como "nuestro recuerdo de la última fiesta de cumpleaños o de nuestros abuelos". Estas son "las grandes preguntas abiertas sobre la corteza de los mamíferos que aún son fundamentales", añade.
El mapa recién publicado cubre alrededor del 0,2% del cerebro del ratón, pero el equipo de MICrONS probará las tecnologías para mapear todo el cerebro del animal, dice Nuno Maçarico da Costa, neuroanatomista del Instituto Allen y otro coautor de los artículos de MICrONS.
Fuente: The MICrONS Consortium. Functional connectomics spanning multiple areas of mouse visual cortex. Nature 640, 435–447 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08790-w
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