Logran el mapa 3D más detallado del cerebro del ratón: por qué permitirá revelar secretos de la neurociencia

El cerebro humano sigue siendo uno de los mayores misterios de la ciencia. Si bien hubo avances en neurociencias, aún es un reto comprender profundamente cómo se organiza y funciona. Para alcanzarlo, se estudia el cerebro del ratón, que comparte muchas similitudes con el cerebro de los seres humanos.

El nuevo gran logro en esa dirección pertenece al consorcio Inteligencia Artificial de Redes Corticales, que se conoce por su sigla en inglés MICrONS.

Sus integrantes crearon el mapa 3D más detallado de una sección del cerebro de ratón. Incluye 84.000 neuronas, 524 millones de sinapsis y 5,4 kilómetros de conexiones neuronales.

Los resultados fueron publicados en Nature y Nature Methods, y podría tener implicancias en una mejor comprensión de la inteligencia, la conciencia y afecciones como Alzheimer, Parkinson, autismo y esquizofrenia.

Originalmente, la iniciativa fue impulsada por la agencia Actividad de Proyectos de Investigación Avanzados de Inteligencia (IARPA es su sigla en inglés) de los Estados Unidos, y se organizó en grupos de trabajo en institutos científicos y universidades.

Al usar inteligencia artificial, los científicos lograron trazar estas conexiones a partir de un volumen cerebral de un milímetro cúbico, aproximadamente del tamaño de una semilla de chía.

Los investigadores no solo mapearon la estructura del cerebro, sino que también vincularon las conexiones con la actividad neuronal.

El avance aporta una nueva forma de entender cómo las neuronas se conectan y cómo esas conexiones afectan al procesamiento de la información. “Nunca habíamos visto algo tan detallado”, afirmó Forrest Collman, neurocientífico del Instituto Allen de Ciencia del Cerebro y coautor de los estudios.

“Es un paso crucial para entender cómo se organiza el cerebro”, comentaron Mariela Petkova y Gregor Schuhknecht, investigadores del Departamento de Biología Celular y Molecular de la Universidad de Harvard, Estados Unidos, quienes escribieron un artículo comentario en la revista Nature de esta semana, aunque no participaron en las investigaciones.

El cerebro antes del mapa 3D

Antes de los estudios publicados esta semana, el conocimiento sobre la estructura y actividad neuronal eran limitados. Si bien se conocían las funciones generales de algunas áreas del cerebro, faltaba un mapa detallado de cómo las neuronas se conectan entre sí.

Los estudios previos, como los realizados con el gusano C. elegans o la mosca de la fruta, solo ofrecían una visión parcial de las conexiones neuronales en los cerebros de los mamíferos.

El objetivo del consorcio de científicos MICrONS fue superar estas limitaciones. Entonces, buscaron mapear las conexiones neuronales y, al mismo tiempo, vincular estas conexiones con la actividad neuronal.

“Queríamos mapear cómo las neuronas se conectan y cómo se activan para procesar la información”, explicó Moritz Helmstaedter, neurocientífico del Instituto Max Planck de Frankfurt en Alemania. Este estudio se centró en el córtex visual del ratón, que es esencial para entender cómo se procesa la información visual en el cerebro.

Cómo se hizo la investigación y cuáles son los resultados

Los investigadores registraron la actividad de 75.000 neuronas en un ratón mientras observaba imágenes visuales y corría en una cinta. El ratón había sido producido con modificaciones genéticas para que sus neuronas emitieran fluorescencia al activarse.

Luego, los científicos tomaron una porción del cerebro y la cortaron en 28.000 secciones extremadamente finas. Utilizaron microscopía electrónica para obtener imágenes detalladas de las secciones.

A continuación, los datos fueron procesados con inteligencia artificial para crear un mapa 3D de las conexiones neuronales. Este proceso permitió a los científicos comprender cómo las neuronas que responden a características visuales similares tienden a conectarse entre sí.

“Las neuronas que disparan juntas tienden a conectarse entre sí”, explicó el doctor Collman. Este hallazgo es clave para entender cómo el cerebro organiza la información visual y otras funciones cognitivas.

El modelo 3D obtenido representa un avance en la neurociencia y ofrece una nueva forma de estudiar la conectividad neuronal.

Los datos obtenidos están disponibles para la comunidad científica, lo que permitirá seguir investigando cómo el cerebro organiza sus conexiones para procesar la información. “Este es solo el comienzo”, señaló Clay Reid, neurobiólogo del Instituto Allen.

“Si se te estropea una radio y tienes el diagrama del circuito, estarás en mejores condiciones de arreglarla”, comparó el doctor Nuno da Costa, investigador asociado del Instituto Allen, en diálogo con The Guardian.

Al contar ahora con los análisis y las publicaciones, consideró que ya están “describiendo una especie de mapa de Google o plano de este grano de arena. En el futuro, podremos utilizarlo para comparar el cableado cerebral de un ratón sano con el de un modelo de enfermedad”.

En diálogo con Infobae, el científico Adolfo García, director del Centro de Neurociencias Cognitivas de la Universidad de San Andrés en Argentina y Fellow del Instituto Global de Salud Cerebral en la Universidad de California en San Francisco, Estados Unidos, opinó que los resultados publicados en los diferentes trabajos son “un hito importante en la modelización del cerebro del ratón, especialmente por poner foco en la conectividad. Es interesante pensar en los desafíos en adelante como modelizar la memoria, la atención y la coordinación y luego extrapolar a los cerebros humanos”.