El mapa cerebral más grande jamás revelado revela las neuronas de la mosca de la fruta con exquisito detalle

El mapa cerebral más grande jamás revelado revela las neuronas de la mosca de la fruta con exquisito detalle

Por Sara Reardón & revista naturaleza

Puede que una mosca de la fruta no sea 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 hasta ahora para cualquier organismo) 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.

“Esto es algo 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 lo hizo. “Es algo que el mundo ha estado esperando ansiosamente durante mucho tiempo”.

El mapa se describe en un paquete de nueve artículos sobre los datos publicado en Naturaleza hoy. Sus creadores forman parte de un consorcio conocido como FlyWirecodirigido por los neurocientíficos Mala Murthy y Sebastian Seung de la Universidad de Princeton en Nueva Jersey.

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un largo camino

Seung y Murthy dicen 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 fue necesario revisar el diagrama de cableado para detectar errores. Los científicos dedicaron mucho tiempo a corregir manualmente los datos, tanto tiempo que invitaron a voluntarios para ayudar. 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 moscas estaban sueltos y trabajando desde casa durante la pandemia de COVID-19).

Pero el trabajo no había terminado: todavía había que anotar el mapa, un proceso en el que los investigadores y voluntarios etiquetaron cada neurona como un tipo de célula particular. Jefferis compara la tarea con la evaluación de imágenes satelitales: el software de inteligencia artificial podría estar entrenado para reconocer lagos o caminos en tales imágenes, pero los humanos tendrían que verificar los resultados y nombrar ellos mismos los lagos o caminos específicos. 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, afirma Seung. “Cada uno de esos tipos de células es una cuestión”, añade.

El equipo también quedó sorprendido por algunas de las formas en que las distintas células se conectan entre sí. Por ejemplo, las neuronas que se pensaba que estaban involucradas en un solo circuito de cableado sensorial, como una vía visual, tendían a recibir señales de múltiples sentidos, incluidos el oído y el tacto.¹. “Es sorprendente lo interconectado que está el cerebro”, dice Murthy.

Explorando el mapa

Los datos del mapa FlyWire han estado disponibles durante los últimos años para que los investigadores los exploren. 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 en Naturaleza hoy.

En un artículo, por ejemplo, los investigadores utilizaron el conectoma para crear un modelo informático del cerebro completo de la mosca de la fruta, incluidas todas las conexiones entre las neuronas. Lo probaron activando neuronas que sabían que detectaban sabores dulces o amargos. Luego, estas neuronas lanzaron una cascada de señales a través del cerebro de la mosca virtual, lo que finalmente provocó neuronas motoras ligadas a la trompa de la mosca, el equivalente a la lengua de los mamíferos. Cuando se activaba el circuito dulce, se transmitía una señal para extender la trompa, como si el insecto se dispusiera a alimentarse; cuando se activaba el circuito amargo, esta señal se inhibía. 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 tanto, cómo se comportaría la mosca.

En otro estudio, 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 le permite detenerse mientras se acicala.

Una limitación del nuevo conectoma es que fue creado a partir de una sola 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 del cerebro de una mosca de la fruta era un mapa de un ‘hemicerebro’ — una porción del cerebro de una mosca que contiene alrededor de 25.000 neuronas. En uno de los Naturaleza En los artículos publicados hoy, Jefferis, Davi Bock, neurobiólogo de la Universidad de Vermont en Burlington, y sus colegas compararon el cerebro 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 participa en 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 su desarrollo cerebral.

Los investigadores de FlyWire dicen que aún queda mucho trabajo por hacer para comprender completamente el cerebro de la mosca de la fruta. Por ejemplo, el último conectoma muestra sólo cómo se conectan las neuronas a través de sinapsis químicas, a través de las cuales moléculas llamadas neurotransmisores envían información. No ofrece ninguna información sobre la conectividad eléctrica entre neuronas ni sobre Cómo se comunican químicamente las neuronas fuera de las sinapsis.. Y Murthy espera tener también un conectoma de mosca macho, lo que permitiría a los investigadores estudiar comportamientos específicos de los machos, como el canto. “Aún no hemos terminado, pero es un gran paso”, dice Bock.

Este artículo se reproduce con permiso y fue publicado por primera vez el 2 de octubre de 2024.