Científicos de las universidades Johns Hopkins (EE.UU.) y Cambridge (Reino Unido) han completado el mapa cerebral de un insecto, cosa que nos deja más cerca de entender la mente humana. En un artículo publicado este jueves en la revista Science, el equipo de investigadores entre los cuales está Albert Cardona relata cómo han conseguido una representación del cableado neuronal de una larva de mosca del vinagre. Se trata de un "hito histórico" para la neurociencia, que acerca a los científicos a "la verdadera comprensión" del mecanismo del pensamiento, abre la puerta a futuras investigaciones sobre el cerebro e inspirará nuevas arquitecturas de aprendizaje automático.
Se trata del mapa cerebral completo mayor hasta la fecha, que se ha alcanzado después de doce años de investigación. "Si queremos entender quiénes somos y como pensamos, parte de eso consiste en comprender el mecanismo del pensamiento", afirma uno de los autores, Joshua T. Vogelstein — quien dice que la clave está en saber cómo conectan las neuronas entre ellas.
Cómo funciona el cerebro
En los años setenta se consiguió cartografiar un cerebro por primera vez y se obtuvo un mapa parcial y novel, de un gusano redondo. Desde entonces, se han cartografiado parcialmente muchas redes neuronales de moscas, ratones y seres humanos. El problema de estas reconstrucciones es que solo representan una pequeña fracción del cerebro total, según explica la Johns Hopkins. De reconstrucciones completas se habían conseguido algunas anteriormente, pero solo de especies pequeñas con pocos centenares o miles de neuronas: el mencionado gusano redondo, la larva de ascidia y la larva de anélido marino. Pero en esta ocasión se ha llegado mucho más lejos que nunca.
"Eso significa que la neurociencia ha funcionado en su mayor parte sin mapas de circuitos. Sin conocer la estructura de un cerebro, estamos adivinando cómo se implementan los cálculos. Ahora podemos empezar a comprender de forma mecánica cómo funciona el cerebro", dice una de las autoras, Marta Zlatic. Desgraciadamente, añade que la tecnología actual todavía no es lo suficiente avance para cartografiar el mapa cerebral de animales superiores como los grandes mamíferos. Cosa que no impide que estamos ante un paso gigante para la neurociencia: "Todos los cerebros son similares y todos los cerebros de todas las especies tienen que realizar muchos comportamientos complejos: procesar información sensorial, aprender, seleccionar acciones, navegar por su entorno, escoger comida, reconocer a los familiares o escapar de depredadores".
Doce años de investigación
La representación de la cría de mosca del vinagre ("Drosophila melanogaster") es el mapa más completo y extenso del cerebro de un insecto. Incluye 3.016 neuronas y todas las conexiones entre ellas: 548.000. Para hacerlo fue necesario dividir el cerebro en centenares o miles de muestras de tejido individuales, todas las cuales tienen que ser analizadas con microscopios electrónicos antes del proceso de reconstruir las piezas (neurona por neurona) en un retrato completo y preciso. ¿Por qué se escogió este insecto? Porque comparte gran parte de su biología fundamental con los humanos, incluida una base genética comparable.
Fueron doce años de investigación, y es que en la obtención de imágenes tardaron aproximadamente un día por neurona. Los investigadores escanearon miles de cortes del cerebro utilizando un microscopio electrónico como alta resolución y reconstruyeron las imágenes resultantes en un mapa, anotando las conexiones entre las neuronas. Clasificaron cada neurona por la función que hace y descubrieron que los circuitos más activos del cerebro eran los que iban y venían de las neuronas del centro del aprendizaje. También desarrollaron herramientas informáticas para identificar posibles vías de flujo de información y diferentes tipos de circuitos.
Nuevos sistemas de inteligencia artificial
El trabajo mostró características de circuitos que recordaban "sorprendentemente" a arquitecturas de aprendizaje automático, de manera que el equipo espera que la investigación pueda inspirar nuevos sistemas de inteligencia artificial. "Lo que hemos aprendido sobre el código de la mosca del vinagre tendrá aplicaciones para el código humano. Es lo que queremos entender: como escribir un programa que conduzca a una red cerebral humana", dice Vogelstein.
Los métodos y códigos desarrollados están a disposición de quien intente cartografiar un cerebro animal todavía mayor. En este sentido, se calcula que el cerebro de un ratón es un millón de veces mayor que el de una cría de mosca del vinagre — cosa que significa que la posibilidad de cartografiarlo no es probable en un futuro próximo. Sin embargo, los investigadores son optimistas y esperan intentarlo posiblemente durante la próxima década.