Investigadores utilizaron inteligencia artificial (IA) para mapear el cerebro de una mosca de la fruta adulta
El trabajo conducirá a una mejor comprensión del cerebro humano
También podría conducir a tratamientos personalizados para las enfermedades cerebrales, señalan los expertos
MIÉRCOLES, 2 de octubre de 2024 (HealthDay News) -- El jefe de un equipo de Princeton que mapeó el cerebro de una mosca de la fruta adulta (un paso decisivo en la comprensión del cerebro humano) explica la hazaña de una manera que contradice su complejidad.
"Al igual que no querrías conducir a un lugar nuevo sin Google Maps, no quieres explorar el cerebro sin un mapa", explicó el autor principal, Sven Dorkenwald, quien recibió su doctorado el año pasado en Princeton y ahora está en el Instituto Allen de Ciencias del Cerebro en Seattle. "Lo que hemos hecho es construir un atlas del cerebro y agregar anotaciones para todos los negocios, los edificios, los nombres de las calles".
Con esto, añadió en un comunicado de prensa de la Princeton, "los investigadores ahora están equipados para navegar reflexivamente por el cerebro mientras intentamos entenderlo".
Al compararlo con una hoja de ruta que traza cada pequeño callejón, así como cada supercarretera, dijo que el nuevo mapa, llamado "conectoma", muestra conexiones en el cerebro de la mosca de la fruta a todas las escalas. Algún día podría conducir a tratamientos personalizados para las enfermedades cerebrales.
Los investigadores describieron su trabajo el 2 de octubre en una edición especial de la revista Nature.
Crearon un mapa neurona por neurona y sinapsis por sinapsis del cerebro de una mosca de la fruta adulta (Drosophila melanogaster). Identifica diferentes tipos de neuronas y enlaces químicos, o sinapsis, entre ellas y ofrece información sobre el tipo de sustancias químicas secretadas por cada neurona.
Las moscas de la fruta comparten el 60% del ADN humano y tienen un paralelismo con 3 de cada 4 enfermedades genéticas humanas. Comprender sus cerebros es un paso hacia la comprensión de los de especies más complejas, incluidas las personas, dijeron los investigadores.
La mosca de la fruta también es un pensador profundo, capaz de formar recuerdos a largo plazo, participar en interacciones sociales y navegar a grandes distancias. Ahora que se ha establecido su conectoma, los investigadores esperan utilizar los mismos métodos para mapear animales con cerebros más grandes.
"Este es un logro importante", dijo la colíder del estudio, Mala Murthy, directora del Instituto de Neurociencia de Princeton. "No hay otro conectoma cerebral completo para un animal adulto de esta complejidad".
Otros investigadores ya habían mapeado los cerebros de un gusano C. elegans y una larva de mosca de la fruta, que tenían 302 y 3.000 neuronas, respectivamente.
El cerebro de una mosca de la fruta adulta es mucho más complejo, con casi 140.000 neuronas conectadas por un estimado de 50 millones de sinapsis.
John Ngai, director de la Iniciativa de Investigación del Cerebro a través del Avance de Neurotecnologías Innovadoras (BRAIN, por sus siglas en inglés) de los Institutos Nacionales de Salud, elogió el logro.
"La diminuta mosca de la fruta es sorprendentemente sofisticada y ha servido durante mucho tiempo como un modelo poderoso para comprender los fundamentos biológicos de la conducta", comentó en un comunicado de prensa de los NIH. "Este hito no solo proporciona a los investigadores un nuevo conjunto de herramientas para comprender cómo los circuitos en el cerebro impulsan el comportamiento, sino que, lo que es más importante, sirve como precursor de los esfuerzos en curso financiados por BRAIN para mapear las conexiones de los cerebros de mamíferos más grandes y humanos".
En un artículo complementario también publicado en Nature, los investigadores informaron sobre la creación de un mapa separado, conocido como proyectome, de proyecciones entre regiones cerebrales.
El proyectoma permite un mapeo detallado de circuitos cerebrales específicos que controlan el comportamiento, como el circuito cerebral ocelar, dijeron. Capta estímulos visuales y orienta la mosca durante el vuelo.
Para crear los mapas, los investigadores del Consorcio FlyWire, con sede en Princeton, que incluye a 287 investigadores en más de 76 laboratorios en todo el mundo, utilizaron un modelo de inteligencia artificial y 21 millones de imágenes cerebrales.
El modelo de IA convirtió "bultos y manchas" en esas imágenes en un mapa tridimensional etiquetado. Los investigadores compartieron su trabajo con la comunidad científica en general a medida que trabajaban.
"No habría sido posible reconstruir todo el diagrama de cableado manualmente", señaló el colíder del proyecto Sebastian Seung, profesor de neurociencia y ciencias de la computación en Princeton. "Esta es una muestra de cómo la IA puede hacer avanzar la neurociencia".
La Iniciativa BRAIN de los NIH proporcionó fondos parciales para el proyecto.
"En muchos aspectos, [el cerebro] es más poderoso que cualquier computadora hecha por el hombre, pero en su mayor parte no entendemos su lógica subyacente", dijo Ngai. "Sin una comprensión detallada de cómo las neuronas se conectan entre sí, no tendremos una comprensión básica de lo que va bien en un cerebro sano o lo que va mal en una enfermedad".
Más información
La Society for Brain Mapping & Therapeutics explica cómo el mapeo cerebral ayuda a los investigadores a comprender el cerebro y sus aplicaciones para la salud humana.
FUENTE: Universidad de Princeton, comunicado de prensa, 2 de octubre de 2024
Los investigadores están obteniendo una mayor comprensión del cerebro humano, a través del trabajo con moscas de la fruta, que sorprendentemente comparten rasgos similares.
