El mapa cerebral que puede predecir comportamientos

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Un grupo de ingenieros de Google y neurocientíficos de la Universidad de Harvard publicaron el primer diagrama cableado de un trozo del cerebro humano el año pasado. El tejido que tiene un tamaño apenas de la cabeza de un alfiler, había sido preservado, teñido con metales pesados, cortados en 5.000 rebanadas fotografiado con un microscópico electrónico. El amplio tesoro de datos que lo representa esta comprendido por 1.4 petabyttes de imágenes de microscopía de colores brillantes de células nerviosas, vasos sanguíneos, las neuronas y más.

Jeff Lichtman de Harvard, autor principal del artículo que presentó estos avances, dice que “es como descubrir un nuevo continente”. Debido a que gracias a la visión que obtuvieron, fueron capaces de encontrar toda una colección de características desconcertantes. Como, por ejemplo, nuevos tipos de células que no se habían visto en animales. De forma que, entre más se sumergen en descubrir más características, más largo se vuelve el trayecto. Considera que la exploración, sería muy similar a conducir todas las carreteras de América del Norte.

Linchman, a lo largo de su carrera, ha creado y contemplado este tipo de diagramas de cableado neuronales, o conectoras, mapas completos de todas las conexiones neuronales dentro de una parte o la totalidad de un cerebro vivo. Gracias a estas estructuras es posible comprender cómo las personas piensan, sienten, mueven, recuerdan, perciben y mucho más.

Ilustración del cerebro y las neuronas

Las predicciones del comportamiento

Hace aproximadamente 35 años, se completó el primer diagrama de cableado de cerebro completo para el gusano redondo. En ese entonces, el esfuerzo fue verdaderamente heroico, pese a que el animal posee solo 302 neuronas en el cerebro. Un proceso que se efectuó mediante el minucioso proceso de dibujar a mano las conexiones neuronales en impresiones de imágenes de microscopia electrónica. Una tarea que demoro 15 años para concretarse.

Hoy día, gracias a los avances de la tecnología y la inteligencia artificial, los científicos pueden completar un solo cerebro de C. elegans en tan solo un mes. Los neurocientíficos pueden mapear varios gusanos para ejecutar un solo experimento. Resultándoles posible la comparación entre individuos que presentan diferentes rasgos o bien, en distintas etapas de la vida.

Este enfoque, ha tenido como resultado una compresión sobre estos animales. Por ejemplo, en un informe publicado en Cell Reports, los científicos protagonistas de ese estudio, utilizaron el conectoma del gusano con el fin de descubrir uno de los comportamientos más complejos en el mundo natural: el sexo. Mediante imágenes de video y calcio, encargadas de medir y rastrear la actividad en las celuals cerebrales, grabaron C. elegans durante el acto de apareamiento. Una vez obtenidos los videos, fue posible ver a los gusanos deslizarse uno alrededor del otro siguiendo patrones de serpentina. Mientras, al mismo tiempo, la luz blanca de las proteínas fluorescentes indicadores de la actividad neuronal, parpadearon a lo largo de sus delgados cuerpos.

El problema “n de 1” de la neurociencia

Sin embargo, pese a los fascinantes hallazgos que estos estudios han demostrado, conseguir la conectómica a gran escala será una tarea compleja de realizar. Esto, debido a que el campo de la coenctómica aún enfrenta lo que Lichtman denomina el problema “n de 1”. Lo que significa que mapear toda la red neuronal de cualquier individuo, aunque sea apenas un poco más complejo que este gusano, es una tarea que no debe tomarse a la ligera. Una postura que es apoyada por Samuel, uno de sus colegas, co-autor Susoy del papel de apareamiento del gusano.

Por lo que este desafío representa una desventaja significativa para las investigaciones. Especialmente en criaturas complejas. Por ejemplo, cuando Lichman y sus colegas mapearon el fragmento del cerebro humano, desconocían si las formas extrañas que observaban eras normales o más bien únicas en consecuencia a la historia única y comprensión genética de la persona.

Aun así, la conectómica está haciendo un importante progreso incluso donde aún no es posible desarrollarlo a gran escala y donde apenas existen conectómas parciales. Por ejemplo, el trabajo en la mosca de la fruta, Drosophila melanogaster, tiene un particular avance. Presentes en la larva (con alrededor de 10.000 neuronas) como en edad adulta (cerca de 135.000 neuronas). Tan solo el año pasado, investigadores del Campus de Investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes lanzaron un conectoma “hemi-cerebro”. A nivel de sinapsis que mapeó muchos centros de control importantes dentro del cerebro de la mosca.

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