Un ratón viendo YouTube y el mapa cerebral más completo hasta la fecha: "84.000 neuronas en un milímetro"

En 1979, el biólogo molecular Francis Crick dijo una frase que ha marcado la historia de la neurociencia: "No será posible nunca crear un mapa exacto del cableado de un milímetro cúbico de tejido cerebral y cómo disparan todas sus neuronas". Durante 46 años esta frase ha sido incorrecta. Hasta hoy.

En últimos siete años, un equipo de 150 neurocientíficos e investigadores, el consorcio estadounidense MICrONS (Las siglas en inglés de Machine Intelligence from Cortical Networks) se ha apoyado en una potente herramienta de inteligencia artificial para conseguir lo que llaman "el diagrama de cableado más detallado hasta la fecha de un cerebro mamífero". En otras palabras, es "el conjunto de datos más completo jamás reunido que vincula la estructura del cerebro de un mamífero con su actividad neuronal" mientras está vivo. Lo publican en Nature y lo han conseguido -y no es broma- poniendo a un ratón a ver videos de Youtube. Ahora tienen datos por valor de 1.6 petabytes (el equivalente a 22 años de video HD continuo) y "una visión sin precedentes del funcionamiento del cerebro y la organización del sistema visual" de los ratones.

¿Cómo lo han hecho?

Primero, los científicos del Baylor College of Medicine empezaron registrando, con diodos, la actividad cerebral en un milímetro cúbico de la corteza visual de un ratón mientras el animal veía películas y vídeos de YouTube.

Después, investigadores del Allen Institute tomaron ese mismo milímetro cúbico y lo cortaron en más de 25000 láminas. Cada una tiene el grosor de 1/400 de un cabello humano. Con estas pequeñas partes, han creado imágenes de alta resolución de cada sección con microscopios electrónicos.

Por último, otro equipo de la Universidad de Princeton utilizó una inteligencia artificial para reconstruir en una sorprendente imagen 3D todas las neuronas que había en estos fragmentos. Y lo más importante: sus conexiones y la forma en la que interactúan. Combinado todo esto con los registros de actividad cerebral, el resultado es "el mayor diagrama de conexiones y mapa funcional del cerebro hasta la fecha: 200,000 células, cuatro kilómetros de axones (el cableado de las neuronas) y 523 millones de sinapsis". Y todo en apenas un milímetro cúbico del cerebro de un pequeño animal, un ratón de laboratorio.

"Dentro de ese diminuto punto hay toda una arquitectura. Una especie de bosque exquisito", ha dicho Clay Reid, uno de los investigadores, expertos en conectómica mediante microscopía electrónica.

Explica cómo funciona

Este mapa, en realidad , no es simplemente un mapa. Es más un "esquema de funcionamiento", es decir, explica como cada una de las piezas -las neuronas y los axones- interactúan cuando se activan. Los investigadores explican que "la corteza visual del ratón es interesante de estudiar, ya que comparte similitudes con otros mamíferos, incluidos los humanos" pero también hacen una importante salvedad: " esta es solo una región del cerebro, una pequeña porción". Los propios investigadores ponen en valor su hallazgo a la misma vez que señalan que "se necesitan mapas más amplios para estudiar circuitos completos, lo que requerirá avances en herramientas y enfoques en el campo de la conectómica".

Para conseguirlo, En primer lugar, los científicos han registrado la actividad de 76.000 neuronas de la corteza visual mientras un ratón - genéticamente modificado para emitir una luz fluorescente al activarse sus neuronas- caminaba sobre una cinta y veía vídeos.

Después , los investigadores han tomado muestras de la misma región del cerebro: 28.000 láminas ultrafinas que han sido estudiadas y reconstruidas tridimensionalmente con una inteligencia artificial entrenada para "reconocer y etiquetar automáticamente neuronas y sinapsis".

El resultado es este mapa que califican como el más completo hasta la fecha. Toda la información se ha abierto a los investigadores que estén interesados en explorar cómo se organizan las neuronas, cómo son las sinapsis entre ellas, cómo se conectan entre sí y qué patrones o “motivos” de conectividad se repiten en la corteza.

Una muestra muy pequeña, un paso enorme

“Si tienes una radio rota pero sabes cómo son sus circuitos, estás en mejor posición para repararla”, ha dicho Nuno da Costa, investigador del Allen Institute. Cree que en el futuro, podremos usar este mapa "para comparar un cerebro sano con uno afectado por una enfermedad.”

Por eso, aunque el volumen "cartografiado" representa solo una pequeña fracción del cerebro del ratón -y aún menos del humano- los autores creen que establece "una nueva frontera en la neurociencia". Comprender la forma y función del cerebro y poder analizar las conexiones neuronales con este nivel de detalle abre nuevas posibilidades para estudiar la inteligencia y los trastornos neurológicos como el Alzheimer, Parkinson, autismo o esquizofrenia, todos relacionados con fallos en la comunicación neuronal.