Madrid (EFE).- Doce años es lo que han tardado los científicos en mapear el cerebro de un insecto, en dividirlo primero en 5.000 lonchas para luego escudriñarlas y poder así reconstruir todas sus piezas, neurona a neurona. ¿Por qué es importante tener el retrato completo de un cerebro aunque sea el de un pequeño artrópodo?
Hasta ahora la neurociencia ha funcionado con mapas parciales o en el mejor de los casos completos pero de especies con unos pocos cientos o miles de neuronas. El nuevo atlas neuronal de la larva de la mosca del vinagre, el más extenso hasta la fecha, incluye 3.016 neuronas y todas las conexiones entre ellas, 548.000.
“Ahora podemos empezar a estudiar el cerebro tal y como es, su estructura. Podemos, por ejemplo, tratar de entender cómo funciona la integración de los sentidos, dónde se junta la información visual con la olfativa y el tacto, o cómo se combina la memoria con la información que llega nueva”, explica a EFE Albert Cardona.
Cardona, del MRC Laboratorio de Biología Molecular en Reino Unido y de la Universidad de Cambridge, es uno de los investigadores que el pasado 9 de marzo publicó en Science el conectoma cerebral completo -diagrama de las conexiones neuronales- de la larva de “Drosophila melanogaster” (mosca del vinagre o fruta).
Método minucioso
Los investigadores, también de la Universidad Johns Hopkins, implementaron un método minucioso y colaborativo. Todo comenzó con la disección de la larva para, con dos pinzas, sacar su sistema nervioso y sumergirlo en un líquido fijador.
Después llegaron los metales pesados, que se añadieron para teñir de forma diferencial las membranas de las células y las proteínas, y luego su conversión a resina para meterla en un horno y endurecerla y poder utilizar así una máquina capaz de hacer finísimos cortes seriados -de 40 nanómetros de grosor- con su cuchilla de diamante.
En total 5.000 lonchas, que se clasificaron por orden. “Es importante no mezclarlas”, relata el investigador español.
Una a una fueron pasando por el microscopio electrónico de alta resolución y luego, gracias a un software desarrollado entre otros por Cardona, las imágenes se unieron, en un volumen continuo. Todo se subió a un servidor al que el equipo accede a través de un navegador.
“Una vez ahí empezó el trabajo de reconstrucción de todas las neuronas y conexiones, corte a corte, para lograr la imagen en 3D”.
El primer intento, en 1970
El primer intento de cartografiar un cerebro, un trabajo de 14 años en el gusano redondo, comenzó en los 70 y dio como resultado un mapa parcial y un nobel -por este y por otros logros- a Sydney Brenner, John Sulston y Bob Horvitz.
El conectoma ahora de la larva de la mosca supone un paso muy importante para la neurociencia y servirá para entender la arquitectura general del cerebro, no solo la de este pequeño animal, sino la humana.
La mosca del vinagre es, además, uno de los principales modelos en ciencia porque comparte gran parte de su biología fundamental con nosotros. En este caso, su mapa cerebral puede ayudar a comprender las enfermedades neurodegenerativas.
Por ejemplo, el párkinson aparece cuando un tipo de neuronas llamadas dopaminérgicas mueren y no hay suficiente cantidad de dopamina, un neurotransmisor que participa, entre otros, en la conducta motora.
Mapear el cerebro de la larva de la mosca inducido con párkinson y compararlo con uno sin la enfermedad puede ayudar a comprender qué está pasando en los circuitos del cerebro o por qué aparecen los temblores, y probar fármacos, recalca a EFE Cardona.
Beneficios para la IA
Además de dar pasos en el conocimiento de enfermedades y el pensamiento humano, el primer atlas cerebral de un insecto inspirará nuevas arquitecturas de aprendizaje automático.
“Hemos encontrado -en el mapa- cosas que no sabemos para qué sirven, pero que están ahí y seguro tienen una función. Las redes neuronales terminarán copiándolo”, afirma Cardona, quien se doctoró en la Universidad de Barcelona y lleva cuatro años en Cambridge, después de pasar por Suiza, California y Virginia (en el Instituto Médico Howard Hughes comenzó este trabajo y estuvo ocho años).
Las neuronas tienen varias ramificaciones, unas son dendritas, que por lo general actúan como receptores de información, y otras axones, que funcionan como emisores de información a otras neuronas.
Dos terceras partes de las conexiones del cerebro de la larva de la mosca son así, pero en un tercio se repiten otros esquemas, como las conexiones axón-axón o dendrita-dendrita.
Si bien se sabe de su existencia, también en humanos, no se conoce la proporción ni si son accidentales o consistentes y con qué propósito exactamente.
Queda mucho por analizar y comprender, subraya Cardona, y por supuesto falta dar el salto a otros animales, si bien la tecnología y el presupuesto aún es limitado; se calcula que los científicos no podrán enfrentarse al cerebro del ratón hasta la próxima década.
No obstante, dice, entre larva y ratón hay cosas muy atractivas; su laboratorio está mapeando el cerebro del calamar enano.
