En la película de ciencia ficción. la moscaun científico se transforma accidentalmente en un insecto alado que finalmente lo destruye. En una colección de artículos científicos sobre la mosca, un equipo de científicos desglosó esta semana los detalles de cómo la mosca Drosophila melanogaster funciona el cerebro, allanando el camino para una mejor comprensión de cómo la mente humana convierte los sentidos en acciones, procesa pensamientos y, quizás lo más misterioso de todo, almacena experiencias como recuerdos.
La base de las publicaciones en Naturaleza —la culminación de más de 10 años de trabajo de un enorme grupo internacional de investigadores— incluye dos componentes clave: “lista de piezas” que nombra y describe las funciones de miles de células nerviosas y una “diagrama de cableado” que mapea cómo estas partes están conectadas.
Siete artículos adicionales exploran las implicaciones de cómo se pueden aplicar estos datos para aprender más sobre cómo funciona el cerebro de la mosca. En conjunto, los estudios ofrecen la primera mirada completa y detallada a un cerebro complejo.
Señales misteriosas del cerebro de una mosca
La pregunta esencial que los neurocientíficos abordaron en este proyecto es cómo miles de neuronas en el cerebro de la mosca (y, eventualmente, miles de millones de neuronas en el cerebro humano) trabajan juntas para procesar señales que se convierten en acciones. “Eso es sólo un misterio básico”, dice David Bockprofesor de neurociencia de la Universidad de Vermont.
Debido a que el estudio fue más allá de simplemente contar e identificar las neuronas por tipo, esto se convierte en una posibilidad. El mapa también incluye millones de conexiones sinápticas. “Con las conexiones sinápticas entre las neuronas, podemos incorporar la conectividad en nuestra definición de tipo”, dice Bock. “Y eso resulta ser muy poderoso”. La forma en que se almacenan y recuperan los recuerdos es quizás la caja negra más grande de la neurociencia. Este mapa detallado bien puede arrojar algo de luz sobre este misterio.
“Su cerebro está formado por 100 mil millones de neuronas”, dice Bock, uno de los autores principales del estudio. “Al comprender a un animal con alrededor de 100.000 habitantes, podemos acercarnos mucho más a comprendernos a nosotros mismos”.
Cómo los cerebros de mosca nos ayudan a comprender los cerebros humanos
Si bien “pasar de mosca a ser humano” parece un salto cuántico, los datos que crearon los científicos deberían proporcionar una plataforma de lanzamiento sólida. Por ejemplo, muchos de los miles de tipos de neuronas que comparten tanto los humanos como las moscas de la fruta son similares. Como resultado de este trabajo, ahora se conocen más tipos de células con nombre y una función identificada en Drosofila que los que hay en los humanos. Comparar neuronas desconocidas en el cerebro humano con las conocidas en las moscas de la fruta debería ayudar a cerrar esa brecha.
Lo mismo ocurre con la forma en que los nervios (y las redes neuronales básicas) reaccionan a estímulos básicos como el tacto o el olfato. El grupo ya ha comenzado a construir modelos informáticos de dichas redes, que podrían aplicarse a humanos y eventualmente ampliarse.
“Resulta que existen convergencias notables entre el cerebro humano y el de la mosca”, afirma Bock. “Por ejemplo, el sistema olfativo es sorprendentemente similar”, afirma Bock.
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Mapeo de neuronas y funciones cerebrales
Tener un mapa de todo el cerebro de la mosca y la suma de sus partes debería permitir a los investigadores tener una visión más sofisticada de cómo funcionan dichos sistemas. “Si queremos entender cómo funciona el cerebro, necesitamos una comprensión mecanicista de cómo encajan todas las neuronas y nos permiten pensar”. Gregorio Jefferis, dijo en un comunicado de prensa un coautor de la Universidad de Cambridge en Inglaterra. “Para la mayoría de los cerebros, no tenemos idea de cómo funcionan estas redes. Ahora, para la mosca, tenemos este diagrama de cableado completo, un paso clave para comprender funciones cerebrales complejas”.
Llegar a este punto fue un proceso largo y arduo que involucró a cientos de científicos. Todo comenzó cuando Bock, en 2013 en el Campus de Investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes en Virginia, y sus colegas extrajeron un cerebro de mosca de la fruta del tamaño de una semilla de amapola, lo sumergieron en resina, lo dejaron endurecerse y luego cortaron ese bloque en muchas rodajas. más delgado que el aire humano y luego fotografió cada corte a través de un microscopio de altísima resolución.
Esa fue la parte fácil. Repitieron este proceso más de mil veces, lo que dio como resultado millones de imágenes. Luego, el equipo global se puso a trabajar identificando cada neurona y conexión sináptica por separado. Finalmente, utilizaron un sofisticado software informático para juntar esas piezas en un mapa tridimensional.
Bock dice que trabajar en este proyecto aborda la esencia de por qué eligió este campo de investigación. “Cada uno de nosotros camina todos los días con alrededor de 100 mil millones de neuronas trabajando juntas, y lo damos por sentado. Pero de alguna manera, produce esto que llamamos nuestra experiencia de vida”, dice Bock. “Es un misterio profundo, y es lo que atrae a la mayoría de los neurocientíficos al campo”.
Estadísticas clave del estudio del cerebro de la mosca
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76 laboratorios y 287 personas
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7.050 cortes de cerebro
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21 millones de imágenes de microscopio
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139.255 neuronas
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50 millones de sinapsis químicas
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8.453 tipos de células (en la actualidad sólo hay 3.300 tipos de células neuronales identificadas en el cerebro humano)
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490 pies de “cableado” neuronal
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Artículo Fuentes
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Antes de unirse a la revista Discover, Paul pasó más de 20 años como periodista científico, especializándose en políticas de ciencias biológicas de EE. UU. y cuestiones de carreras científicas globales. Comenzó su carrera en periódicos, pero pasó a revistas científicas. Su trabajo ha aparecido en publicaciones como Science News, Science, Nature y Scientific American.