La búsqueda de un mapa del cerebro de la mosca reestructura la neurociencia

Investigadores del proyecto Janelia (Estados Unidos) y colaboradores del Laboratorio de Biología Molecular del MRC de la Universidad de Cambridge (Reino Unido) y Google Research han completado un mapa de las más de 166.000 neuronas del cerebro y el cordón nervioso ventral de la mosca de la fruta. Según se publica en 'Cell', este diagrama de conexiones ayudará a los investigadores a comprender mejor cómo el cerebro posibilita acciones complejas, desde la percepción sensorial hasta el comportamiento.

Este logro pone fin a casi dos décadas de investigación en conectómica en Janelia, un esfuerzo en el que han participado cientos de investigadores que ha acelerado el campo de la conectómica y ha propiciado avances en neurociencia, imagenología, inteligencia artificial y biología.

Cuando en 2008 los investigadores del Janelia Research Campus del Howard Hughes Medical Institute (HHMI) de Estados Unidos se propusieron crear un mapa de todas las neuronas del cerebro de la mosca de la fruta, muchos en la comunidad científica pensaron que estaban locos.

Habían pasado 20 años desde que los científicos desvelaron el diagrama de cableado -o conectoma- de las 302 neuronas del diminuto gusano C. elegans, un esfuerzo que duró más de una década. La mayoría de los científicos pensaban que mapear el cerebro de la mosca, con sus más de 100.000 neuronas, llevaría demasiado tiempo y costaría demasiado, y no creían que aportaría mucha información a los neurocientíficos sobre el funcionamiento del cerebro.

Pero esos escépticos no disuadieron a Gerry Rubin, director ejecutivo fundador de Janelia. Al contrario, reforzaron su apuesta de que, mediante el desarrollo de mejores técnicas de imagen y computación, el centro de investigación podría reducir el coste y el tiempo necesarios para mapear todas las neuronas de un animal complejo, creando un diagrama de conexiones que proporcionaría información sin precedentes sobre cómo el cerebro posibilita comportamientos sofisticados.

Janelia está aplicando ahora las lecciones aprendidas en la conectómica de la mosca para construir conectomas de dos peces vertebrados transparentes: la larva del pez cebra y el pez Danionella adulto. El objetivo final es proporcionar una explicación mecanicista de cómo el cerebro de un vertebrado genera un comportamiento complejo; información que podría ayudar a los científicos a desentrañar la lógica de la función cerebral y, potencialmente, revelar cómo surgen enfermedades como el Alzheimer, el autismo y la depresión.

El camino hacia el conectoma completo comenzó con el mapeo de pequeñas partes del cerebro de interés biológico. Posteriormente, en 2020, los investigadores presentaron el hemicerebro. Con 25.000 neuronas, el mapa de la mitad del cerebro de la mosca fue el conectoma más grande y detallado jamás creado, lo que demostró la viabilidad y utilidad de un mapa cerebral de mosca.

El conectoma hemiencefálico ha posibilitado cientos de hallazgos de investigación en toda la comunidad científica, revelando información valiosa sobre el funcionamiento del cerebro. Además, ha facilitado la entrada de otros equipos científicos al campo, y actualmente investigadores de todo el mundo trabajan en la elaboración de diagramas de conexiones neuronales de cerebros cada vez más complejos.

El conectoma recientemente completado es el primer mapa de todo el sistema nervioso central de una mosca de la fruta macho, que comprende todas las neuronas del cerebro, ambos lóbulos ópticos y el cordón nervioso ventral. Esto permitirá a los científicos rastrear los circuitos neuronales completos que vinculan la percepción sensorial con el comportamiento, lo que posibilitará a los investigadores determinar cómo las moscas llevan a cabo acciones clave, como navegar hacia un objetivo.

También permite a los investigadores comparar los cerebros de hombres y mujeres y comprender comportamientos sociales complejos, como el apareamiento y la agresión, que pueden variar según el sexo.

Además de proporcionar un recurso para toda la comunidad científica, los investigadores y colaboradores de Janelia ya han comenzado a descubrir nuevos datos biológicos sobre las diferencias entre los cerebros de las moscas macho y hembra, así como sobre los sistemas visual y gustativo de estos insectos.

La conectómica seguirá siendo un componente importante del nuevo proyecto de investigación de Janelia para comprender cómo el cerebro de un vertebrado produce comportamientos complejos. Rubin lidera un proyecto de IA en el HHMI para crear conectomas con anotaciones moleculares de cerebros de moscas y peces que proporcionen más información sobre las señales que se transmiten entre las neuronas.

Los investigadores y colaboradores de Janelia están completando un conectoma cerebral completo de la larva de pez cebra que también incluirá información sobre la actividad neuronal a medida que el pez se comporta.

Para Rubin, estos proyectos representan el siguiente paso lógico para Janelia. En menos de 20 años, el campus de investigación y sus colaboradores demostraron que crear un conectoma para un cerebro complejo es posible y puede proporcionar información sin precedentes sobre cómo funciona el cerebro. "En mi caso, llevo mucho tiempo haciendo esto, más tiempo que en cualquier otro objetivo científico de mi vida, y estoy listo para parar y pensar en otra cosa", dice Rubin. "Pero con un inmenso orgullo y satisfacción por el grupo de personas que reunimos aquí y que lo hicieron posible".

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