El cerebro de una mosca arroja luz sobre el proceso de pensamiento humano

Pueden caminar, flotar y los machos pueden incluso cantar canciones de amor para cortejar a sus parejas, todo esto con un cerebro más pequeño que la cabeza de un alfiler.

Ahora, por primera vez, los científicos que investigan el cerebro de una mosca han identificado la posición, la forma y las conexiones de cada una de sus 130.000 células y 50 millones de conexiones.

Es el análisis más detallado del cerebro de un animal adulto jamás realizado.

Un destacado especialista en cerebro independiente de la nueva investigación describió el avance como un “gran salto” en nuestra comprensión de nuestro propio cerebro.

Uno de los líderes de la investigación dijo que arrojaría nueva luz sobre “el mecanismo del pensamiento”.

El Dr. Gregory Jefferis, del Laboratorio de Biología Molecular (LMB) del Consejo de Investigación Médica en Cambridge, dijo a la BBC que actualmente no tenemos idea de cómo la red de células cerebrales en cada una de nuestras cabezas nos permite interactuar entre nosotros y con el mundo que nos rodea. .

“¿Cuáles son las conexiones? ¿Cómo fluyen las señales a través del sistema que nos permite procesar la información para reconocer tu rostro, que te permite escuchar mi voz y convertir estas palabras en señales eléctricas?

“El mapeo del cerebro de la mosca es realmente notable y nos ayudará a comprender realmente cómo funciona nuestro propio cerebro”.

Tenemos un millón de veces más células cerebrales o neuronas que la mosca de la fruta que se estudió. Entonces, ¿cómo puede el diagrama de cableado del cerebro de un insecto ayudar a los científicos a aprender cómo pensamos?

Las imágenes que han producido los científicos, que han sido publicado en la revista Naturemuestran una maraña de cables tan bella como compleja.

Su forma y estructura son la clave para explicar cómo un órgano tan pequeño puede realizar tantas tareas computacionales poderosas. Desarrollar una computadora del tamaño de una semilla de amapola capaz de realizar todas estas tareas está mucho más allá de la capacidad de la ciencia moderna.

La Dra. Mala Murthy, otra de las codirectoras del proyecto, de la Universidad de Princeton, dijo que el nuevo diagrama de cableado, conocido científicamente como conectoma, sería “transformador para los neurocientíficos”.

“Ayudará a los investigadores que intentan comprender mejor cómo funciona un cerebro sano. En el futuro esperamos que sea posible comparar lo que sucede cuando algo va mal en nuestro cerebro”.

Esta es una opinión respaldada por la Dra. Lucía Prieto Godolo, líder de un grupo de investigación del cerebro en el Instituto Francis Crick de Londres, que es independiente del equipo de investigación.

“Los investigadores han completado los conectomas de un gusano simple que tiene 300 cables y un gusano que tiene tres mil, pero tener un conectoma completo de algo con 130.000 cables es una hazaña técnica asombrosa que allana el camino para encontrar los conectomas de cerebros más grandes como el el ratón y tal vez dentro de varias décadas el nuestro”.

Los investigadores han podido identificar circuitos separados para muchas funciones individuales y mostrar cómo están conectados.

Los cables involucrados con el movimiento, por ejemplo, están en la base del cerebro, mientras que los que procesan la visión están hacia los lados. Hay muchas más neuronas involucradas en este último porque ver requiere mucha más potencia computacional.

Si bien los científicos ya conocían los circuitos separados, no sabían cómo estaban conectados entre sí.

Otros investigadores ya están utilizando los diagramas de circuitos, por ejemplo para descubrir por qué es tan difícil aplastar las moscas.

Los circuitos de visión detectan de qué dirección viene el periódico enrollado y transmiten la señal a las patas de la mosca.

Pero lo más importante es que envían una señal de salto más fuerte a las piernas que están alejadas del objeto de su inminente desaparición. Entonces se podría decir que saltan sin siquiera tener que pensar, literalmente más rápido que la velocidad del pensamiento.

Este hallazgo puede explicar por qué nosotros, los humanos pesados, rara vez aplastamos moscas.

El diagrama de cableado se hizo cortando el cerebro de una mosca usando lo que es esencialmente un rallador de queso microscópico, fotografiando cada una de las 7.000 rebanadas y uniéndolas digitalmente. Luego, el equipo de Princeton aplicó inteligencia artificial para extraer las formas y conexiones de todas las neuronas. Pero la IA no era perfecta: los investigadores todavía tenían que corregir a mano más de tres millones de errores.

Esto en sí mismo fue un tour de force técnico, pero el trabajo estaba sólo a medias. El mapa por sí solo no tenía sentido a menos que hubiera una descripción de lo que se suponía que debía hacer cada cable, según el Dr. Philipp Schlegel, que también pertenece al Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica.

“Estos datos son un poco como Google Maps pero para el cerebro: el diagrama de cableado sin formato entre neuronas es como saber qué estructuras corresponden a calles y edificios.

“Describir las neuronas es como añadir al mapa los nombres de calles y pueblos, horarios de apertura de negocios, números de teléfono, reseñas, etc. Se necesitan ambos para que sea realmente útil”.

El El conectoma de mosca está disponible para cualquier científico que quiera utilizarlo. para guiar su investigación. El Dr. Schlegel cree que el mundo de la neurociencia verá “una avalancha de descubrimientos en los próximos años” gracias a este nuevo mapa.

El cerebro humano es mucho más grande que el de la mosca y todavía no tenemos la tecnología para capturar toda la información sobre su cableado.

Pero los investigadores creen que quizás dentro de 30 años sea posible tener un conectoma humano. El cerebro de la mosca, dicen, es el comienzo de una comprensión nueva y más profunda de cómo funciona nuestra propia mente.

La investigación ha sido realizada por una gran colaboración internacional de científicos, llamada FlyWire Consortium.