Revelado el primer mapa completo de cada neurona del cerebro

Imagínese mirar el complejo y hermoso mapa de una ciudad entera, pero la ciudad es en realidad un cerebro. Suena genial, ¿no? Bueno, los científicos ahora lo han hecho realidad.

Los expertos han creado el primer diagrama de cableado, o «red neuronal», de cada neurona del cerebro de un adulto, así como los 50 millones de conexiones entre ellas, lo que marca un hito en el campo de la neurociencia.

Diagrama de cableado cerebral completo

Este proyecto fue posible gracias al FlyWire Consortium, una gran colaboración internacional en la que participan científicos de todo el mundo. Laboratorio MRC de Biología Molecular En Cambridge, la Universidad de Princeton, la Universidad de Vermont y la Universidad de Princeton Universidad de Cambridge.

Investigación que se publica en un par de artículos en una revista. naturalezaProporciona el primer diagrama de conectividad completo de las 139.255 neuronas del cerebro de una mosca adulta, un animal capaz de caminar y ver.

Estudios anteriores han mapeado sistemas cerebrales más pequeños, como la larva de la mosca de la fruta, que contiene 3.016 neuronas, o el gusano nematodo, que contiene 302 neuronas.

Sin embargo, el estudio actual abre nuevos caminos al proporcionar un mapa neuronal a gran escala de un organismo más complejo.

Cerebros humanos versus cerebros de mosca

Mapear cada neurona en el cerebro de la mosca adulta de la fruta es un paso clave para comprender cómo funcionan los cerebros, incluido el nuestro.

La mosca de la fruta tiene alrededor de 140.000 neuronas, un número pequeño en comparación con los 86 mil millones de neuronas del cerebro humano, lo que hace que sea mucho más fácil de estudiar.

Los científicos pueden criar y modificar rápidamente moscas de la fruta, lo que les permite manipular la genética y ver cómo los cambios afectan los circuitos neuronales y el comportamiento.

Esta simplicidad ayuda a los investigadores a descubrir los principios básicos de la función cerebral sin empantanarse en demasiada complejidad.

Los mapas cerebrales proporcionan información sobre el cerebro humano

Curiosamente, muchos procesos biológicos de las moscas de la fruta son muy similares a los de los humanos. Los genes y las vías que controlan el desarrollo del cerebro, las conexiones neuronales y el aprendizaje a menudo se conservan en todas las especies.

Al mapear el cerebro de la mosca de la fruta, los científicos pueden aprender cómo funcionan estos procesos en un sistema más simple y luego aplicar esos conocimientos a cerebros más complejos.

Además, comprender cómo se comunican las neuronas de las moscas revela patrones generales de organización y comportamiento de los circuitos neuronales, que pueden ayudarnos a comprender también los comportamientos humanos y las funciones cognitivas.

Finalmente, las herramientas y técnicas desarrolladas para mapear el cerebro de Drosophila han allanado el camino para avances en la investigación en neurociencia. Las innovaciones en imágenes, manipulación genética y análisis de datos de los estudios de Drosophila se pueden adaptar para estudiar cerebros más complejos, incluido el nuestro.

Los conocimientos de las moscas de la fruta también podrían ayudar a modelar enfermedades neurológicas y trastornos del desarrollo, lo que conduciría a posibles tratamientos para los seres humanos.

Investigación en curso en neurociencia

Los hallazgos proporcionan información valiosa sobre la estructura y función del cerebro, proporcionando una comparación vital con la investigación en curso en neurociencia.

“Si queremos entender cómo funciona el cerebro, necesitamos una comprensión mecanicista de cómo encajan todas las neuronas y le permiten pensar. Para la mayoría de los cerebros, no tenemos idea de cómo funcionan estas redes.

Un mapa detallado del cerebro de la mosca podría responder muchas de estas preguntas y revelar las complejidades de los circuitos neuronales.

Similitudes en el cableado cerebral

Uno de los hallazgos más notables del estudio es la gran similitud en las conexiones encontradas entre el mapa actual y esfuerzos anteriores a menor escala.

Esto ha llevado a la conclusión de que los cerebros individuales comparten similitudes inherentes en su cableado, contrariamente a la creencia de que cada cerebro es una estructura única.

Un viaje de mapeo cerebral

El camino hacia esta hazaña implicó cortar un cerebro de mosca entero, que mide menos de un milímetro de ancho, en 7.000 rodajas finas.

Luego, estos cortes se examinaron cuidadosamente utilizando un microscopio electrónico de alta resolución para extraer las formas de aproximadamente 140.000 neuronas y las 50 millones de conexiones entre ellas.

El poder de la inteligencia artificial

La tarea de analizar esta enorme cantidad de datos es posible mediante el aprendizaje automático, lo que demuestra el potencial de la tecnología de inteligencia artificial para revolucionar la neurociencia.

Garantizar la exactitud de los datos requiere aproximadamente 33 años de trabajo de revisión. A pesar de los desafíos, los resultados de este riguroso esfuerzo han allanado el camino para futuros descubrimientos en neurociencia.

Más allá de simplemente establecer conexiones neuronales, los investigadores también tuvieron en cuenta muchos detalles del diagrama de cableado, como la clasificación de más de 8.000 tipos de células en todo el cerebro.

«Este conjunto de datos es un poco como Google Maps, pero para el cerebro: el diagrama de conectividad inicial entre neuronas es como saber qué estructuras en imágenes satelitales de la Tierra corresponden a qué calles y edificios», explicó el Dr. Philipp Schlegel, primer autor de uno de los estudios. estudios.

Simulando funciones cerebrales

El trabajo de los investigadores va más allá del simple mapeo. También utilizaron tecnología de escaneo de imágenes de IA para predecir si cada sinapsis era inhibidora o excitadora, un aspecto importante de la simulación digital del cerebro.

«Utilizando nuestros datos, que se compartieron en línea mientras trabajábamos, otros científicos ya han comenzado a intentar imitar cómo responde el cerebro de la mosca al mundo exterior», dijo el Dr. Jeffress.

«Este es un comienzo importante, pero necesitaremos recopilar muchos tipos diferentes de datos para producir una simulación confiable de cómo funciona el cerebro».

Direcciones de investigación futuras

Sin duda, esta investigación ha revolucionado nuestra comprensión del cerebro, pero el viaje está lejos de terminar. A medida que avancemos, estudios futuros explorarán las diferencias en la arquitectura neuronal entre los cerebros de moscas macho y hembra.

«La exhaustividad de nuestro diagrama de cableado tiene grandes beneficios para la investigación del cerebro y permite muchos tipos de estudios que antes no eran posibles utilizando diagramas de cableado de partes del cerebro de la mosca», señalaron los investigadores.

El estudio se publica en la revista. naturaleza.

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