Els investigadors han completat el mapa cerebral més avançat fins hui, el d'un insecte, un assoliment històric en neurociència que acosta als científics a la vertadera comprensió del mecanisme del pensament, segons publiquen en la revista 'Science'.
L'equip internacional dirigit per la Universitat Johns Hopkins (els Estats Units) i la Universitat de Cambridge (el Regne Unit) va elaborar un diagrama sorprenentment detallat que traça cada connexió neuronal del cervell d'una mosca de la fruita larvària, un model científic arquetípic amb cervells comparables als humans.
El treball probablement servirà de base per a futures investigacions sobre el cervell i inspirarà noves arquitectures d'aprenentatge automàtic.
"Si volem entendre qui som i com pensem, part d'això consisteix a comprendre el mecanisme del pensament --explica l'autor principal, Joshua T. Vogelstein, enginyer biomèdic de la Johns Hopkins especialitzat en projectes basats en dades com la conectómica, l'estudi de les connexions del sistema nerviós--. I la clau per a això és saber com es connecten les neurones entre si".
El primer intent de cartografiar un cervell --un estudi de 14 anys sobre el cuc redó iniciat en la dècada de 1970-- va donar com a resultat un mapa parcial i un Premi Nobel. Des de llavors, s'han cartografiat conectomas parcials en molts sistemes, com a mosques, ratolins i fins i tot éssers humans, però aquestes reconstruccions solen representar només una xicoteta fracció del cervell total.
Només s'han generat conectomas complets de diverses espècies xicotetes amb uns pocs centenars o milers de neurones en els seus cossos: un cuc redó, una larva de ascidio i una larva d'anèl·lid marí.
El conectoma d'aquest equip d'una cria de mosca de la fruita, la larva de 'Drosophila melanogaster', és el mapa més complet i extens mai realitzat del cervell d'un insecte. Inclou 3.016 neurones i totes les connexions entre elles: 548.000.
"Han passat 50 anys i aquest és el primer conectoma cerebral. És una bandera en l'arena que podem fer-ho --destaca Vogelstein--. Tot ha anat funcionant fins a arribar a això".
Cartografiar cervells sencers és difícil i porta molt temps, fins i tot amb la millor tecnologia moderna. Per a obtindre una imatge completa a nivell cel·lular d'un cervell és necessari dividir-lo en centenars o milers de mostres de teixit individuals, totes les quals han de ser analitzades amb microscopis electrònics abans del laboriós procés de reconstruir totes aqueixes peces, neurona per neurona, en un retrat complet i precís d'un cervell.
Es va tardar més d'una dècada a fer-ho amb la cria de mosca de la fruita. Es calcula que el cervell d'un ratolí és un milió de vegades major que el d'una cria de mosca de la fruita, cosa que significa que la possibilitat de cartografiar alguna cosa semblança a un cervell humà no és probable en un futur pròxim, potser ni tan sols en les nostres vides.
L'equip va triar a propòsit la larva de la mosca de la fruita perquè, per a ser un insecte, l'espècie comparteix gran part de la seua biologia fonamental amb els humans, inclosa una base genètica comparable.
A més, té un ric comportament d'aprenentatge i presa de decisions, la qual cosa la converteix en un organisme model útil en neurociència. A efectes pràctics, el seu cervell relativament compacte permet obtindre imatges i reconstruir els seus circuits en un termini de temps raonable.
Així i tot, el treball va portar 12 anys a les universitats de Cambridge i Johns Hopkins. Només l'obtenció d'imatges va portar aproximadament un dia per neurona.
Els investigadors de Cambridge van crear les imatges d'alta resolució del cervell i les van estudiar manualment per a trobar neurones individuals, traçant rigorosament cadascuna d'elles i relacionant les seues connexions sinápticas.
Cambridge va cedir les dades a Johns Hopkins, on l'equip va passar més de tres anys utilitzant el codi original que van crear per a analitzar la connectivitat del cervell. L'equip de la Johns Hopkins va desenvolupar tècniques per a trobar grups de neurones basant-se en patrons de connectivitat compartits, i després va analitzar com podia propagar-se la informació pel cervell.
Al final, l'equip complet va traçar un gràfic de cada neurona i cada connexió, i va classificar cada neurona per la funció que exerceix en el cervell. Van descobrir que els circuits més actius del cervell eren els que es dirigien i allunyaven de les neurones del centre d'aprenentatge.
Els mètodes desenvolupats per Johns Hopkins són aplicables a qualsevol projecte de connexió cerebral, i el seu codi està a la disposició de qui intente cartografiar un cervell animal encara major, va dir Vogelstein, qui va afegir que, malgrat els reptes, s'espera que els científics s'enfronten al ratolí, possiblement en la dècada vinent. Altres equips ja estan treballant en un mapa del cervell adult de la mosca de la fruita.
El co-primer autor Benjamin Pedigo, doctorant en Enginyeria Biomèdica de la Johns Hopkins, espera que el codi de l'equip puga ajudar a revelar importants comparacions entre les connexions del cervell adult i el larvari. A mesura que es generen conectomas de més larves i d'altres espècies relacionades, Pedigo espera que les seues tècniques d'anàlisis permeten comprendre millor les variacions en el cablejat cerebral.
El treball amb larves de mosca de la fruita va mostrar característiques de circuits que recordaven sorprenentment a arquitectures d'aprenentatge automàtic prominents i potents. L'equip espera que l'estudi continuat revele encara més principis computacionals i puga inspirar nous sistemes d'intel·ligència artificial.
"El que hem aprés sobre el codi de la mosca de la fruita tindrà implicacions per al codi humà --destaca Vogelstein--. Això és el que volem entendre: com escriure un programa que conduïsca a una xarxa cerebral humana".
* ho pots llegir perquè som Creative Commons
Cap comentari :