Una coalición internacional de neurocientíficos, informáticos y voluntarios ciudadanos conocida como el Consorcio FlyWire ha presentado el primer diagrama de cableado sináptico completo neurona por neurona —o conectoma— del cerebro de una mosca de la fruta adulta. Publicado como una histórica colección de nueve artículos en la revista Nature y codirigido por investigadores de la Universidad de Princeton, la Universidad de Cambridge y el Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica (MRC) británico, el atlas traza las 139.255 neuronas y 54,5 millones de sinapsis de una hembra adulta de Drosophila melanogaster.
Aunque el cerebro de una mosca del vinagre mide menos de un milímetro de ancho —más pequeño que una semilla de amapola—, alberga unos 149,2 metros de intrincado cableado biológico capaz de gobernar el vuelo acrobático, la visión binocular, la navegación espacial, la memoria asociativa, el acicalamiento y los cantos de cortejo. Antes del hito de FlyWire, los únicos organismos con conectomas cerebrales completos eran el gusano nematodo Caenorhabditis elegans (302 neuronas), el gusano marino Platynereis dumerilii y una larva de mosca de la fruta (3.016 neuronas).
Microscopía electrónica, segmentación por IA y verificación global
La construcción del mapa comenzó a partir de un conjunto de datos brutos capturado en 2018 por Davi Bock y su equipo en el Campus de Investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes, quienes cortaron el cerebro de una mosca hembra en 7.050 secciones ultrafinas de 40 nanómetros y las fotografiaron mediante microscopía electrónica de transmisión de alta velocidad. Para transformar esos 21 millones de micrografías en un diagrama tridimensional, los profesores de Princeton Sebastian Seung y Mala Murthy desarrollaron algoritmos de aprendizaje automático capaces de rastrear membranas celulares y uniones sinápticas.
Dado que la inteligencia artificial por sí sola aún comete errores al seguir ramificaciones microscópicas, el equipo de Princeton creó una plataforma colaborativa abierta que permitió a 287 investigadores de más de 140 laboratorios de todo el mundo —junto con jugadores de ciencia ciudadana— verificar y anotar manualmente cada neurona. Los colaboradores dirigidos por Gregory Jefferis en Cambridge y Philipp Schlegel clasificaron los circuitos en 8.453 tipos celulares distintos, de los cuales más de la mitad (4.581) eran inéditos para la ciencia.
“Si queremos entender cómo funciona el cerebro, necesitamos una comprensión mecanística de cómo encajan todas las neuronas y nos permiten pensar. Contar con el conectoma completo de la mosca adulta es transformador para la neurociencia.” — Sebastian Seung, profesor de Neurociencia y Ciencias de la Computación en la Universidad de Princeton
Simulación de señales cerebrales y futuros mapas de mamíferos
Los estudios complementarios incluidos en la edición de Nature ya demuestran el poder predictivo de esta base de datos de acceso abierto. En un experimento, investigadores de Princeton construyeron un modelo computacional de todo el conectoma que predijo con más de un 90 por ciento de precisión qué circuitos motores se activarían al estimular receptores de sabor dulce o amargo, coincidiendo con registros reales en moscas vivas. Otros trabajos identificaron las vías visuales completas del color y el movimiento, así como las neuronas específicas que ordenan a la mosca detener la marcha.
Debido a que Drosophila comparte cerca del 60 por ciento de su ADN con los seres humanos —incluidas tres cuartas partes de los genes asociados a enfermedades humanas conocidas—, los autores señalan que el conectoma ofrece un plano indispensable para estudiar trastornos neurológicos e inspirar arquitecturas de inteligencia artificial más eficientes. Apoyándose en las herramientas perfeccionadas en FlyWire, los neurobiólogos apuntan ahora al desafío de cartografiar el conectoma completo del cerebro del ratón, que contiene unos 70 millones de neuronas.
Frequently Asked Questions
¿Cuántas neuronas y sinapsis se cartografiaron en el conectoma de la mosca de la fruta adulta?
El conectoma de FlyWire traza las 139.255 neuronas y los 54,5 millones de conexiones sinápticas dentro del cerebro de una hembra adulta de Drosophila melanogaster.
¿Por qué se considera este mapa un avance histórico para la neurociencia?
Hasta ahora, el diagrama cerebral completo más complejo correspondía a una larva de mosca con 3.016 neuronas; el cerebro adulto es casi 50 veces mayor y controla el vuelo, la visión, la navegación y la memoria.
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