El trabajo fue realizado por el Consorcio FlyWire, que incluye investigadores del Laboratorio de Biología Molecular del MRC y la Universidad de Cambridge (Reino Unido), y las universidades de Princeton y Vermont (Estados Unidos). Aparece publicado este martes en sendos artículos en la revista ‘Nature’.

El diagrama de las 139.255 neuronas del cerebro de una mosca adulta es el primero de un cerebro completo de un animal que puede caminar y ver. En estudios anteriores se realizaron diagramas completos de cerebros mucho más pequeños, como el de una larva de mosca de la fruta, que tiene 3.016 neuronas, y el de un gusano nematodo, con 302 neuronas.

"Si queremos entender cómo funciona el cerebro, necesitamos una comprensión mecanicista de cómo todas las neuronas encajan entre sí y te permiten pensar. En el caso de la mayoría de los cerebros, no tenemos idea de cómo funcionan estas redes”, según Gregory Jefferis, del Laboratorio de Biología Molecular del MRC y de la Universidad de Cambridge.

Jefferis añade: “Las moscas pueden hacer todo tipo de cosas complicadas, como caminar, volar, orientarse y los machos cantan a las hembras. Los diagramas del cableado cerebral son un primer paso para comprender todo lo que nos interesa: cómo controlamos nuestro movimiento, respondemos el teléfono o reconocemos a un amigo”.

DATOS GRATUITOS

Mala Murthy, de la Universidad de Princeton, subraya que la base de datos está a disposición de forma gratuita y abierta para cualquier persona investigadora. “Esperamos que esto sea transformador para los neurocientíficos que intentan comprender mejor cómo funciona un cerebro sano. En el futuro esperamos que sea posible comparar lo que sucede cuando las cosas van mal en nuestro cerebro, por ejemplo, en los trastornos de salud mental”, apostilla.

Los autores del trabajo indican que cada cerebro no es una estructura única como un copo de nieve. Al comparar el diagrama cerebral de la mosca de la fruta con otros anteriores de áreas pequeñas del cerebro, descubrieron que alrededor de un 0,5% de las neuronas presentan variaciones en el desarrollo que podrían provocar que las conexiones entre neuronas estén mal conectadas.

Los investigadores afirman que este será un área importante para futuras investigaciones para comprender si estos cambios están relacionados con la individualidad o con trastornos cerebrales.

ELABORACIÓN DEL MAPA

El cerebro de una mosca mide menos de un milímetro de ancho. Los investigadores comenzaron con un cerebro de hembra cortado en 7.000 rebanadas, cada una de solo 40 nanómetros de espesor, que fueron escaneadas previamente con microscopio electrónico de alta resolución en el laboratorio del codirector del proyecto, Davi Bock.

Analizar más de 100 terabytes de datos de imágenes (equivalentes al almacenamiento de 100 ordenadores portátiles típicos) para extraer las formas de unas 140.000 neuronas y 50 millones de conexiones entre ellas es un desafío demasiado grande para que los humanos lo completen manualmente. Los investigadores se basaron en inteligencia artificial desarrollada en la Universidad de Princeton para identificar y mapear las neuronas y sus conexiones entre sí.

El Consorcio FlyWire, formado por equipos de más de 76 laboratorios y 287 investigadores de todo el mundo, así como voluntarios del público en general, dedicó aproximadamente 33 años por persona a revisar minuciosamente todos los datos.

Los investigadores también anotaron muchos detalles en el diagrama de cableado, como la clasificación de más de 8.000 tipos de células en todo el cerebro. Esto también permite seleccionar sistemas específicos dentro del cerebro para su posterior estudio, como las neuronas implicadas en la vista o el movimiento.

“Este conjunto de datos es un poco como Google Maps, pero para el cerebro: el diagrama de cableado entre neuronas es como saber qué estructuras en las imágenes satelitales de la Tierra corresponden a calles y edificios. Anotar neuronas es como agregar los nombres de calles y ciudades, horarios de apertura de negocios, números de teléfono, reseñas, etc. al mapa: se necesitan ambas cosas para que sea realmente útil”, resume Philipp Schlegel, primer autor de uno de los estudios y del Laboratorio de Biología Molecular del MRC.