Un equipo internacional de científicos ha logrado un hito extraordinario: el mapeo completo del cerebro de una mosca de la fruta, Drosophila melanogaster. Este logro no solo marca un antes y un después en la neurociencia, sino que también abre la puerta a nuevas y fascinantes posibilidades para entender cómo funciona el cerebro humano.
El estudio, publicado en la revista Nature, forma parte de un conjunto de nueve artículos que describen el «conectoma» de la mosca, es decir, el diagrama de conexiones neuronales que revela cómo están conectadas las neuronas. Este mapa es el más completo que se ha hecho hasta ahora en un organismo adulto, con un nivel de detalle nunca antes visto: más de 139.000 neuronas y 54,5 millones de sinapsis, los puntos de conexión entre ellas.
Células del cerebro de una mosca de la fruta adulta capturadas en imagen. Créditos: Tyler Sloan para FlyWire, Universidad de Princeton.
¿Por qué mapear el cerebro de una mosca de la fruta?
Podrías preguntarte: ¿por qué la mosca de la fruta? Aunque Drosophila melanogaster tiene un cerebro diminuto, con apenas el tamaño de una semilla de amapola, sus funciones cognitivas son sorprendentemente complejas.
Las moscas de la fruta, a pesar de su tamaño, tienen una gran capacidad para aprender, formar recuerdos y realizar comportamientos complejos como la navegación y las interacciones sociales. “Quizás se pregunten por qué nos debería interesar el cerebro de una mosca de la fruta”, explicó Sebastian Seung, profesor de neurociencia en la Universidad de Princeton y uno de los líderes del proyecto FlyWire, en una reciente entrevista. “Mi respuesta es sencilla: si podemos entender realmente cómo funciona cualquier cerebro, eso nos dirá algo sobre todos los cerebros”, indicó.
Eugenio M. Fernández Aguilar
Un logro que llevó años
El proceso para construir este mapa cerebral fue extremadamente laborioso. Los investigadores comenzaron en 2018 utilizando imágenes de microscopía electrónica para dividir el cerebro de una mosca hembra adulta en 7,000 finas secciones. Estas imágenes, cada una con una resolución de nanómetros, se combinaron para crear una visión tridimensional completa del cerebro de la mosca.
Sin embargo, la verdadera complejidad del proyecto vino después. Las imágenes producidas por microscopía eran extremadamente detalladas, pero difíciles de interpretar de manera automática. Para ello, el equipo recurrió a herramientas de inteligencia artificial (IA) que ayudaron a analizar las conexiones neuronales.
Sin embargo, las IA no son perfectas. Los algoritmos cometían errores, y muchos de estos debían corregirse manualmente. Fue entonces cuando el proyecto FlyWire involucró a una comunidad global de científicos y voluntarios, quienes realizaron más de tres millones de correcciones a los datos generados por la IA.
Este esfuerzo masivo de colaboración permitió que, en poco más de cinco años, los investigadores lograran lo que habría tomado décadas sin la ayuda de la IA y la participación global. Entre los participantes de este ambicioso proyecto, financiado en parte por la Brain Initiative de los Institutos Nacionales de Salud de EE.UU. (NIH), se incluyen científicos de instituciones de todo el mundo, como la Universidad de Cambridge, la Universidad de Vermont y el Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica (MRC) en Reino Unido.
Los investigadores identificaron más de 8.400 tipos distintos de células. Créditos: Tyler Sloan para FlyWire, Universidad de Princeton
Revelaciones sorprendentes
Este mapa del cerebro de la mosca, o «conectoma», ha proporcionado datos inesperados sobre cómo las neuronas de estos pequeños insectos interactúan entre sí. Por ejemplo, los investigadores descubrieron tipos de neuronas previamente desconocidas que actúan como «interrogadoras», combinando información de varios sentidos, y otras llamadas «difusoras», que parecen coordinar la actividad en diferentes circuitos neuronales.
Estos descubrimientos han revelado que el cerebro de la mosca es mucho más interconectado de lo que se pensaba, lo que podría tener implicaciones importantes para comprender el procesamiento sensorial en otros animales, incluidos los humanos.
Otro hallazgo clave proviene de un estudio incluido en este paquete de artículos. En este estudio, los investigadores crearon un modelo computacional del cerebro de la mosca y lograron predecir cómo responderían ciertas neuronas cuando se les presentaban estímulos como el sabor dulce o amargo. Este modelo fue validado con éxito en moscas reales, lo que demuestra una precisión superior al 90% al predecir qué neuronas responderían y cómo se comportaría el insecto.
Además, otros estudios han identificado circuitos neuronales responsables de comportamientos específicos, como detenerse mientras caminan o durante el autoacicalamiento. Estos circuitos fueron identificados al mapear cómo las señales de diferentes partes del cerebro convergen para tomar decisiones que, aunque simples, son esenciales para la supervivencia de la mosca.
El detalle del cerebro de una mosca de la fruta ha revelado sus complejas conexiones neuronales. Foto: Istock
Un logro monumental y un nuevo comienzo
Este mapa completo del cerebro de Drosophila melanogaster no solo es un triunfo técnico y colaborativo, sino también un ejemplo de lo que la ciencia abierta puede lograr. FlyWire hizo que todos sus datos estuvieran disponibles al público desde el primer día, permitiendo que más de 50 estudios ya se hayan basado en este recurso para avanzar en la investigación.
De hecho, este avance ha provocado comparaciones con el primer mapeo del cerebro del nematodo Caenorhabditis elegans, que en 1986 reveló las 302 neuronas de este organismo. Aunque mucho más simple, ese conectoma fue revolucionario en su momento, y el de la mosca promete ser aún más transformador. «Hay un antes y un después del conectoma», afirmó el español Albert Cardona (Laboratorio de Biología Molecular del MRC, Reino Unido), aludiendo a la importancia histórica de este tipo de proyectos.
A pesar de este avance monumental, el trabajo está lejos de terminar. El equipo detrás de FlyWire ya ha comenzado a trabajar en el conectoma de un cerebro de mosca macho para estudiar cómo las diferencias sexuales afectan el comportamiento neuronal. También planean incluir el cordón nervioso de la mosca, lo que permitiría un análisis más completo de los circuitos motores. Y a futuro, están en marcha proyectos aún más ambiciosos, como la creación de conectomas completos para organismos más grandes, como el pez cebra o el ratón.
Este avance ha sido comparado con el primer mapeo del cerebro del nematodo Caenorhabditis elegans en 1986. Foto: Istock
¿Qué significa esto para la neurociencia humana?
Aunque la diferencia entre un cerebro humano y el de una mosca de la fruta es inmensa, este trabajo ofrece pistas cruciales para futuros estudios en mamíferos y, eventualmente, en humanos. El cerebro humano, con sus 86 mil millones de neuronas y billones de sinapsis, representa un desafío técnico sin precedentes. Sin embargo, como señalan los investigadores, comprender cómo se conecta el cerebro de una mosca podría ser clave para desentrañar los misterios del nuestro.
Con este tipo de avances, los científicos confían en que algún día será posible crear mapas cerebrales más grandes y complejos, lo que eventualmente podría abrir nuevas vías para el tratamiento de enfermedades neurológicas como el Alzheimer o el Parkinson. Como dijo el Dr. John Ngai, director de la Iniciativa BRAIN del NIH: «No podemos arreglar lo que no entendemos, y este es el motivo por el que creemos que este es un momento tan importante».
Referencias:
- Schlegel P, Yin Y, Bates AS, et al. Whole-brain annotation and multi-connectome cell typing of Drosophila. Nature. 2024;634(8032):139-152. doi: 10.1038/s41586-024-07686-5
- Dorkenwald, S., Matsliah, A., Sterling, A.R. et al. Neuronal wiring diagram of an adult brain. Nature 634, 124–138 (2024). doi: 10.1038/s41586-024-07558-y
- Schlegel, P., Yin, Y., Bates, A.S. et al. Whole-brain annotation and multi-connectome cell typing of Drosophila. Nature 634, 139–152 (2024). doi: 10.1038/s41586-024-07686-5
- Lin, A., Yang, R., Dorkenwald, S. et al. Network statistics of the whole-brain connectome of Drosophila. Nature 634, 153–165 (2024). doi: 10.1038/s41586-024-07968-y
- Sapkal, N., Mancini, N., Kumar, D.S. et al. Neural circuit mechanisms underlying context-specific halting in Drosophila. Nature 634, 191–200 (2024). doi: 10.1038/s41586-024-07854-7
