Ao soado nobel español Santiago Ramón y Cajal atribúeselle a seguinte cita: “Mentres o cerebro sexa un misterio, o universo continuará sendo un misterio”. A comprensión da conciencia humana é un dos maiores retos científicos da historia, comparable a cuestións tan enigmáticas sobre o cosmos como que é en realidade a materia escura ou como conxugar a gravidade e a cuántica.
Agora, dous grupos de investigadores deron un paso máis para entender a complexidade do cerebro humano, usando un modelo típico en estudos sobre xenética: o cerebro de larvas da mosca Drosophila melanogaster, ou simplemente mosca da froita. O artigo científico reproduce ata hoxe o mapa máis avanzado das conexións dun cerebro do que dispoñemos, incluíndo 3.016 neuronas e cada unha das 548.000 conexións entre elas.
Os autores, que pertencen ás Universidades de Johns Hopkins (EE UU) e Cambridge (Reino Unido), pretenden non só sentar as bases de futuras investigacións sobre o cerebro humano, senón tamén inspirar novas arquitecturas de aprendizaxe automática (machine learning), o procedemento informático no que se basea a intelixencia artificial (IA).
Pero, principalmente, o estudo tratar de encaixar unha peza máis na comprensión da nosa conciencia, como explica Joshua T. Volgelstein, un dos investigadores principais, da Universidade Johns Hopkins: “Se queremos entender quen somos e como pensamos, primeiro teremos que comprender o mecanismo do pensamento. E a clave para iso é saber como se conectan as neuronas entre si”, explica.
Imaxes de alta resolución do cerebro
Os neurocientíficos de Cambridge crearon as imaxes de alta resolución do cerebro e estudáronas manualmente para atopar neuronas individuais, rastrexando rigorosamente cada unha e vinculando as súas conexións sinápticas. O equipo entregou os datos aos investigadores de Johns Hopkins, quen pasou varios anos usando o código orixinal que crearon para analizar a conectividade do cerebro.
Logo, o grupo de Johns Hopkins desenvolveu técnicas para atopar grupos de neuronas baseadas en patróns de conectividade compartidos e logo analizou como a información podería propagarse a través do cerebro.
Os autores descubrion que os circuítos máis activos do cerebro destas larvas eran os que ían e viñan das neuronas do centro de aprendizaxe
Finalmente, o equipo ao completo foi rexistrando cada neurona e cada conexión, clasificando cada neurona segundo o papel que desempeña no cerebro. Descubriron así que os circuítos máis activos do cerebro destas larvas eran os que ían e viñan das neuronas do centro de aprendizaxe.
Medio século tratando de crear un mapa de conexións do cerebro ou conectoma terminou neste revolucionario resultado, que onte publicou a revista Science.
Un estudo iniciado na década de 1970 tratou de mapear o cerebro dun verme nematodo. O resultado foi un mapa e o seu primeiro esbozo foi publicado en 1986 polo premio Nobel de Medicina Sydney Brenner, falecido en 2019.
Desde entón, mapeáronse conectomas parciais en moitos sistemas, incluídas moscas, ratos e mesmo humanos, pero estas reconstrucións xeralmente só representan unha pequena fracción do cerebro total. De feito, só xeráronse conectomas integrais para varias especies pequenas cuns poucos centos a uns poucos miles de neuronas nos seus corpos, como os nematodos ou os anélidos mariños.
Un modelo útil tamén en neurociencia
Pero, por que utilizar a Drosophila melanogaster ou mosca da froita e non outro animal máis parecido ao ser humano? Esta especie é común desde hai décadas nos laboratorios de xenética. As razóns son diversas e débense, en parte, á funcionalidade que proporciona traballar con este insecto, pero tamén a que presenta características análogas ás dos mamíferos.
En canto aos seus cerebros, son do tamaño da cabeza dun alfinete. Con todo, as moscas da froita reproducen moitos comportamentos ricos en aprendizaxe e toma de decisións, o que o converte nun organismo modelo útil en neurociencia, ademais de en xenética.
Outra vantaxe é que a obtención de imaxes do cerebro da mosca Drosophila e reproducir as súas conexións púidose realizar, en ‘só’ 12 anos. Isto, segundo os propios investigadores, é “un marco de tempo razoable”.
Poderá algún día mapearse o cerebro humano?
Cartografar cerebros completos é difícil e require moito tempo, mesmo coa mellor e máis moderna tecnoloxía. Obter unha imaxe completa a nivel celular dun cerebro require “cortar o cerebro en centos ou miles de mostras de tecido individuais, todas as cales teñen que ser capturadas con microscopios electrónicos antes do minucioso proceso de reconstruír todas esas pezas, neurona por neurona, nunha imaxe completa”, detalla o estudo.
Para lograr mapear o cerebro da larva da froita, necesitouse ao redor dun día por neurona
Para lograr mapear o cerebro da larva da froita, necesitouse ao redor dun día por neurona. Dado que o cerebro dun rato é aproximadamente un millón de veces máis grande, a posibilidade de mapear algo parecido a un cerebro humano é practicamente inalcanzable.
“Non é probable que logremos mapear a totalidade do cerebro humano no futuro próximo; quizais nunca o consigamos”, recoñecen os autores.
Código aberto para ser usado por outros investigadores
O traballo da larva da mosca da froita revelou características do circuíto dos seus cerebros que lembraban poderosamente ás arquitecturas da aprendizaxe automática ou machine learning. Así, o equipo espera que o estudo continuo destes patróns revele aínda máis principios computacionales, para así quizais inspirar novos sistemas de intelixencia artificial.
Doutra banda, os métodos desenvolvidos pola Universidade Johns Hopkins son aplicables a calquera proxecto de conexión cerebral e o seu código está dispoñible para calquera que tente mapear un cerebro animal aínda máis grande, indican os autores. O propio Volgelstein, investigador principal, espera que outros científicos poidan enfrontarse ao reto de tratar de mapear, esta vez, o cerebro do rato. “Quizá dentro da próxima década”, estima.
Aínda que o estudo de Volgelstein e os seus colegas logrou mapear o cerebro da larva da mosca da froita, outros equipos están a traballar para lograr o mesmo resultado, esta vez, no cerebro da mosca adulta. Cando isto suceda, o seguinte paso sería realizar comparacións entre as conexións no cerebro adulto e larvario, como recoñece un dos autores do estudo, Benjamin Pedigo.
Referencia: The connectome of an insect brain (Publicado en Science)
