Durante años, científicos de HHMI Janelia, Google Research y otros colaboradores trabajaron para reconstruir cada conexión neuronal del cerebro y del sistema nervioso central de una mosca de la fruta macho adulta. El resultado es un mapa con más de 166.000 neuronas, una cifra récord para esta especie y un nuevo recurso para estudiar cómo funciona el cerebro.
¿Puede una mosca ayudar a comprender mejor la neurociencia humana? Aunque su cerebro es diminuto, comparte principios básicos de organización neuronal. Además, su sistema nervioso es lo bastante sencillo para estudiarlo con gran detalle y lo bastante complejo para revelar cómo los estímulos se convierten en acciones.
1. Un mapa con más de 166.000 neuronas
La primera visualización muestra neuronas seleccionadas del cerebro y del cordón nervioso ventral de la mosca, una estructura comparable, en cierta medida, con la médula espinal humana.
La mayor parte de sus sentidos se concentra en la cabeza. Allí están sus grandes ojos compuestos y una probóscide retráctil que utiliza para detectar olores y consumir alimentos líquidos. Las neuronas sensoriales captan información del entorno y la transmiten por distintas rutas hasta las neuronas motoras que controlan el movimiento.
El mapa permite observar esas conexiones como una red completa, en lugar de estudiar cada neurona de forma aislada.
2. Del cerebro al movimiento mediante inteligencia artificial
Vista desde arriba, la mosca presenta dos ojos enormes conectados con el cerebro central. Desde allí, un cordón grueso de nervios comunica el cerebro con el resto del cuerpo, donde las neuronas motoras coordinan diferentes comportamientos.
Para construir esta representación, los investigadores cortaron el cerebro y el cuerpo de la mosca en secciones extremadamente delgadas. Después capturaron imágenes de cada corte y utilizaron computación e inteligencia artificial para unir millones de imágenes bidimensionales en formas neuronales tridimensionales.
La IA no reemplaza a los científicos en este proceso. Ayuda a procesar una cantidad de imágenes que sería imposible analizar manualmente a la misma velocidad.
Conocer la estructura de estas conexiones permite formular mejores preguntas sobre la función del cerebro. ¿Qué ruta activa una respuesta? ¿Qué neuronas filtran la información? ¿Dónde se transforma una señal visual en una orden para moverse?
3. Dentro de una red con casi 11.700 tipos de neuronas
El sistema nervioso central de la mosca macho contiene 11.691 tipos de neuronas. Estas células pueden clasificarse por su tamaño, forma, función, expresión genética y otros rasgos.
La visualización comienza en las neuronas ubicadas en el centro del cerebro y del cuerpo. Luego avanza hacia las capas exteriores hasta llegar a las neuronas de las extremidades. El resultado es una especie de recorrido por la arquitectura interna de este sistema nervioso.
La clasificación de más de 166.000 neuronas exigió combinar la experiencia de especialistas con herramientas de computación e IA. Este tipo de trabajo pertenece a la conectómica, un campo que busca reconstruir con precisión cómo se conectan las células del cerebro.
4. Qué cambia entre los cerebros macho y hembra
La mayoría de las neuronas de las moscas macho y hembra son similares. Sin embargo, existe un grupo de neuronas específicas de cada sexo y otro conjunto llamado dimórfico, presente en ambos sexos, pero conectado de manera diferente.
Una de las imágenes compara la neurona AOTU012 en un cerebro macho y uno hembra. Esta neurona participa en el procesamiento de señales sensoriales y gustativas. Aunque aparece en ambos cerebros, sus conexiones con otras neuronas pueden variar.
Algunas conexiones son compartidas y otras son exclusivas o diferentes según el sexo. Estas variaciones podrían ayudar a entender cómo una misma especie desarrolla comportamientos distintos, especialmente en áreas como la percepción y el cortejo.
5. Del estímulo visual a la acción
El nuevo mapa también muestra rutas que conectan la visión con el movimiento. En una de ellas, las neuronas visuales R1-R6, representadas en color púrpura, transmiten información hasta la neurona motora DNg13, mostrada en verde.
Entre ambos extremos aparecen varias etapas intermedias. Una de ellas es la neurona LoVP92, exclusiva de los machos y relacionada con la llamada love spot, una región vinculada al comportamiento de cortejo.
Esta ruta ayuda a ilustrar cómo un animal puede detectar algo en su entorno y responder con una acción concreta. Ver, interpretar y moverse no son procesos separados: forman parte de una cadena de conexiones que ahora puede observarse con un nivel de detalle sin precedentes.
Un recurso para estudiar el cerebro
Junto con este mapa se publicaron tres estudios que utilizan sus datos para investigar los sistemas visuales, el gusto y el comportamiento social. El proyecto también amplía un mapa completo anterior del cerebro de una mosca de la fruta hembra.
La importancia de este avance no está solo en conocer mejor a las moscas. La conectómica necesita métodos capaces de analizar enormes volúmenes de información, y la IA está ayudando a escalar ese trabajo. Con mapas cada vez más completos, los científicos pueden pasar de preguntar qué neuronas existen a investigar cómo sus conexiones producen una conducta.
El cerebro de una mosca cabe en un espacio diminuto, pero sus conexiones plantean preguntas enormes. Y cuando esas conexiones pueden verse, clasificarse y compararse, la neurociencia deja de observar una caja negra para empezar a estudiar un sistema con mayor precisión.
Fuente original
https://blog.google/innovation-and-ai/technology/research/male-fruit-fly-brain-map