El primer mapa neuronal en un cerebro adulto revoluciona el estudio de patologías como el Alzheimer

Un equipo internacional de científicos ha creado el primer mapa detallado del cableado neuronal de un cerebro adulto, marcando un avance histórico en la neurociencia. Este logro, realizado en el cerebro de una mosca de la fruta, podría abrir nuevas vías para comprender el funcionamiento cerebral humano y su deterioro en enfermedades como el alzhéimer y otras demencias.

Así, con el primer diagrama completo del cableado neuronal de un cerebro adulto, con la identificación de cada una de sus neuronas y los 50 millones de conexiones que las interrelacionan, en el cerebro de una mosca de la fruta, se ha conseguido este hito gracias a un grupo internacional de científicos bajo el Consorcio FlyWire, que incluye expertos del Laboratorio de Biología Molecular del MRC y la Universidad de Cambridge (Reino Unido), junto con investigadores de las universidades de Princeton y Vermont (EEUU). Los resultados han sido publicados en dos artículos en la revista Nature.

El doctor Gregory Jefferis, del Laboratorio de Biología Molecular del MRC y de la Universidad de Cambridge, quien fue uno de los codirectores de la investigación, comenta: «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».

«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», ha advertido.

El mapa, que abarca 139.255 neuronas del cerebro de una mosca adulta, es el primero en registrar todas las conexiones en el cerebro completo de un animal capaz de caminar y ver. Estudios anteriores ya habían trazado diagramas completos de cerebros mucho más pequeños, como el de la larva de la mosca de la fruta, que tiene 3.016 neuronas, o el gusano nematodo, que cuenta con 302 neuronas.

Los investigadores afirman que el mapa cerebral completo de la mosca es un primer paso clave para completar cerebros más grandes. Dado que la mosca de la fruta es una herramienta común en la investigación, su mapa cerebral puede utilizarse para avanzar en nuestra comprensión de cómo funcionan los circuitos neuronales.

Por su parte, la doctora Mala Murthy, de la Universidad de Princeton, una de las codirectoras de la investigación, agrega «Hemos puesto toda la base de datos a disposición de todos los investigadores de forma gratuita y abierta. 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».

Los científicos descubrieron que existían similitudes sustanciales entre el cableado de este mapa y los trabajos previos a menor escala que habían cartografiado partes del cerebro de la mosca. Esto llevó a los investigadores a concluir que existen muchas similitudes en el cableado entre cerebros individuales, que cada cerebro no es una estructura única como un copo de nieve.

Al comparar su diagrama cerebral con diagramas anteriores de áreas pequeñas del cerebro, los investigadores también descubrieron que alrededor del 0,5% de las neuronas presentan variaciones de 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.

El cerebro de una mosca entera mide menos de un milímetro de ancho. Los investigadores comenzaron con un cerebro de hembra cortado en siete mil 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, entonces en el Janelia Research Campus en los Estados Unidos.

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

Sin embargo, la IA aún comete muchos errores en conjuntos de datos de este tamaño. 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-persona a revisar minuciosamente todos los datos.

El doctor Sebastian Seung , de la Universidad de Princeton, uno de los líderes de la investigación, desvela: «El mapeo de todo el cerebro ha sido posible gracias a los avances en la computación de IA; no habría sido posible reconstruir todo el diagrama de cableado manualmente. Esto es una muestra de cómo la IA puede hacer avanzar la neurociencia. El cerebro de la mosca es un hito en nuestro camino hacia la reconstrucción de un diagrama de cableado de todo el cerebro de un ratón».