El primer mapa completo del cerebro de una mosca, clave para entender la mente humana

El nuevo conectoma, como se denomina a esta hoja de ruta, muestra con todo detalle cómo las 139.255 neuronas del insecto realizan aproximadamente 50 millones de sinapsis. No es la primera vez que los investigadores construyen el conectoma completo de un ser vivo, pero sí es el primero de un animal complejo que puede caminar y ver. Anteriormente, se había presentado el del cerebro de un gusano C. elegans, que apenas tiene 302 neuronas, y el de una larva de mosca de la fruta, que cuenta con 3.000 y aún está por formar. Ambos son mucho más simples. También se conocía un 'hemicerebro' (un hemisferio cerebral) de la mosca de la fruta, que contenía unas 20.000 neuronas conectadas por unos 14 millones de sinapsis.

El diagrama completo, descrito en nueve artículos científicos (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9) y destacado en la portada de la revista 'Nature' de este miércoles, fue desarrollado por el Consorcio FlyWire, formado por 287 investigadores de 76 laboratorios de todo el mundo. Los científicos cortaron el cerebro del insecto, una hembra adulta, que mide menos de un milímetro de ancho, en 7.000 rebanadas, cada una de solo 40 nanómetros de espesor. Esas lonchas fueron escaneadas con un microscopio electrónico de alta resolución, obteniendo 21 millones de imágenes: más de 100 terabytes de datos de imágenes, equivalentes al almacenamiento de 100 ordenadores portátiles.

Los investigadores utilizaron un modelo de inteligencia artificial creado en Princeton para convertir los bultos y manchas en las imágenes en un mapa tridimensional. Como el programa no es infalible, todo el trabajo se mantuvo abierto a la comunidad científica desde el principio para poder corregir errores y aumentar su precisión.

«Es un logro importante», asegura Mala Murthy, directora del Instituto de Neurociencia de Princeton y codirectora del equipo de investigación. «No existe otro conectoma cerebral completo de esta complejidad para un animal adulto», señala.

Los investigadores clasificaron más de 8.400 tipos de células en el cerebro de la mosca de la fruta, de las cuales 4.581 son nuevas, lo que permite seleccionar sistemas específicos para su posterior estudio, como las neuronas implicadas en la vista o el movimiento. También proporciona información sobre el tipo de neurotransmisor (sustancias químicas como la dopamina o la serotonina) secretado por cada neurona. De igual forma, los científicos rastrearon la organización de los hemisferios y los circuitos conductuales dentro del cerebro de la mosca, como el que recibe estímulos visuales y produce cambios que orientan el cuerpo durante el vuelo.

«Es un poco como Google Maps -compara Philipp Schlegel, de la Universidad de Cambridge-; el diagrama del cableado entre neuronas es como saber qué estructuras en las imágenes satelitales de la Tierra corresponden a calles y edificios. Anotar neuronas es como agregar los nombres de calles y ciudades, horarios de apertura de negocios, números de teléfonos, reseñas... al mapa«.

Las moscas de la fruta pueden parecernos seres insignificantes, pero son capaces de desarrollar una cognición y una conducta sorprendentemente avanzadas. Por ejemplo, pueden formar recuerdos a largo plazo, participar en interacciones sociales y desplazarse a largas distancias. Los machos incluso cantan a las hembras. Por eso conocer su cableado cerebral «es un primer paso para comprender todo lo que nos interesa: cómo controlamos nuestro movimiento, respondemos al teléfono o reconocemos a un amigo», señala Gregory Jefferis, del Laboratorio de Biología Molecular del MRC, en Cambridge (Reino Unido) y codirector de la investigación.

Las moscas de la fruta comparten el 60% del ADN humano y tres cada cada cuatro enfermedades genéticas humanas tienen una paralela en el insecto. Javier Morante, científico titular del CSIC en el Instituto de Neurociencias de Alicante, que no ha participado en el estudio, está convencido de que el trabajo realizado con la mosca, un organismo modelo, servirá para entender mejor enfermedades neurológicas humanas que hoy no tienen cura y otros problemas de salud mental.

«El conectoma de la larva de la mosca representaba cómo se estaba formando el cerebro. Ahora tenemos un cerebro adulto, ya formado. Si lo comparamos con un cerebro enfermo o con patologías, podremos determinar los mecanismos alterados», sugiere Morante. Con todo, aunque esta hoja de ruta representa «el cerebro de un organismo con una fisiología muy compleja, aún sigue siendo muy pequeño, a años luz de lo que supone conseguir lo mismo con un ratón, que tiene millones de neuronas, o un ser humano».

Los autores del trabajo creen que, ahora que se ha establecido el conectoma de la mosca de la fruta, se podría utilizar la misma metodología para crear rápidamente mapas similares en animales con cerebros más grandes. Un paso tras otro para, finalmente, conocer cómo funciona el nuestro.