El primer mapa completo del cerebro de un insecto contiene 3.016 neuronas

«Tienes menos cerebro que una mosca» es algo que se dice como insulto, pero la simplicidad de este órgano ha permitido a los científicos desvelar el primer mapa completo del cerebro de este insecto

El mapa completo de las conexiones entre las neuronas del cerebro de una mosca, denominado conectoma, ha llevado 12 años de meticuloso trabajo y muestra la ubicación de las 3.016 neuronas del cerebro de una larva de mosca de la fruta (Drosophila melanogaster). Entre esas células cerebrales hay 548.000 puntos de conexión, o sinapsis, donde las células pueden enviarse mensajes químicos que, a su vez, desencadenan señales eléctricas que viajan por el cableado entre las neuronas.

Los investigadores identificaron redes a través de las cuales las neuronas de un lado del cerebro envían datos al otro, según el estudio publicado en la revista Science. El equipo también clasificó 93 tipos distintos de neuronas, que difieren en su forma, la función propuesta y la forma en que se conectan con otras neuronas.

Los científicos cortaron el cerebro de una mosca larvaria en 5.000 secciones y tomaron imágenes microscópicas de cada sección

Este estudio es el primero capaz de mapear la totalidad del cerebro central de un insecto. En 2020, otro grupo de investigación publicó un conectoma parcial de una mosca de la fruta adulta que contenía 25.000 neuronas y 20 millones de sinapsis. Pero los científicos sólo tienen conectomas completos de otros tres organismos más simples: un nematodo, una larva de ascidio y una larva de gusano marino. Según Joshua Vogelstein, coautor principal del estudio y director y cofundador del laboratorio NeuroData de la Universidad Johns Hopkins, cada uno de estos conectomas contiene unos cientos de neuronas y carece de los hemisferios cerebrales diferenciados que se observan ya en insectos y mamíferos.

Más de 80 personas ayudaron a construir el nuevo conectoma, según explicó a Live Science en un correo electrónico Michael Winding, primer autor del estudio e investigador asociado del Departamento de Zoología de la Universidad de Cambridge. Para ello, los científicos cortaron el cerebro de una mosca larvaria en 5.000 secciones y tomaron imágenes microscópicas de cada sección. Las imágenes se unieron para formar un volumen tridimensional. A continuación, el equipo analizó las imágenes, identificó las células individuales y trazó manualmente su cableado.

El mapa resultante sorprendió a los investigadores. Por ejemplo, los científicos tienden a pensar que las neuronas envían mensajes a través de cables largos llamados axones y reciben mensajes a través de cables más cortos y ramificados llamados dendritas. Sin embargo, hay excepciones a esta regla, y resulta que las conexiones de axón a axón, de dendrita a dendrita y de dendrita a axón constituyen aproximadamente un tercio de las sinapsis del cerebro de la mosca larvaria.

El conectoma era también sorprendentemente «superficial», lo que significa que la información sensorial entrante pasa por muy pocas neuronas antes de llegar a una implicada en el control motor, que puede dirigir a la mosca para que realice un comportamiento físico. Para alcanzar este nivel de eficiencia, el cerebro tiene incorporados «atajos» entre circuitos que se asemejan en cierto modo a los de los sistemas de inteligencia artificial más avanzados.

Una de las limitaciones del conectoma es que no capta qué neuronas son excitadoras, es decir, que empujan a otras neuronas a dispararse, o inhibidoras, es decir, que hacen que las neuronas tengan menos probabilidades de dispararse. Estas dinámicas afectan a la forma en que la información fluye por el cerebro.

Con todo, el conectoma abre la puerta a muchos avances futuros, como sistemas de inteligencia artificial más eficientes energéticamente y una mejor comprensión de cómo aprenden los humanos, que en esencia, no es tan diferente de lo que hacen las moscas.

REFERENCIA

The connectome of an insect brain