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CIENCIA. El mapa de conectividad cerebral de alta resolución más grande de la historia

 

El nuevo 'conectoma' mapea unas 25.000 neuronas en el cerebro de una mosca de la fruta, una parte de las cuales se muestra aquí. Imagen: Google/Janelia Research


Científicos de Google y el Campus de Investigación Janelia en Virginia han publicado el mapa de alta resolución de conectividad cerebral más grande de cualquier animal, compartiendo un modelo 3D que rastrea 20 millones de sinapsis que conectan unas 25.000 neuronas en el cerebro de una mosca de la fruta.

El modelo es un hito en el campo de la conectómica, que utiliza técnicas de imágenes detalladas para mapear las vías físicas del cerebro. Este mapa, conocido como "conectoma", cubre aproximadamente un tercio del cerebro de la mosca de la fruta. Hasta la fecha, solo un organismo, el gusano redondo C. elegans , ha tenido su cerebro completamente mapeado de esta manera.

La conectómica tiene una reputación mixta en el mundo de la ciencia. Los defensores argumentan que ayuda a vincular las partes físicas del cerebro con comportamientos específicos, que es un objetivo clave en la neurociencia. Pero los críticos señalan que aún no ha producido grandes avances, y dicen que el minucioso trabajo de mapear las neuronas es una pérdida de recursos que podrían utilizarse mejor.

"La reconstrucción es sin duda una maravilla técnica, pero también es principalmente un recurso que otros científicos pueden usar ahora. No responderá por sí mismo a preguntas científicas urgentes; pero podría arrojar algunos misterios interesantes".




El mapa 3D producido por Google y el equipo de FlyEM en Janelia es sin duda un logro técnico, producto de métodos automatizados y laboriosa labor humana.

El primer paso para crear el mapa fue cortar secciones del cerebro de la mosca de la fruta en pedazos de solo 20 micrones de grosor, aproximadamente un tercio del ancho de un cabello humano. Las moscas de la fruta son un tema común en la conectómica, ya que tienen cerebros relativamente simples del tamaño de una semilla de amapola, pero muestran comportamientos complejos como bailes de cortejo.

A continuación, se obtienen imágenes de estas rebanadas de cerebro bombardeándolas con corrientes de electrones de un microscopio electrónico de barrido. Los datos resultantes comprenden unos 50 billones de píxeles 3D, o vóxeles, que se procesan mediante un algoritmo que rastrea las rutas de cada celda.

A pesar de la destreza algorítmica de Google, aún se requirió una gran cantidad de trabajo humano para verificar el funcionamiento del software. La compañía dice que los científicos de Janelia tardaron dos años y cientos de miles de horas en "corregir" el mapa 3D, verificando la ruta de cada una de las 20 millones de sinapsis químicas utilizando auriculares de realidad virtual y software de edición 3D personalizado.

El conectoma del hemibrain ofrece una imagen completa de las neuronas en ciertas partes del cerebro de la mosca de la fruta y detalla la forma en que se conectan con otras partes del cerebro. Fuente: FlyEM / Janelia Research Campus


Incluso entonces, el mapa resultante solo cubre una parte del cerebro de la mosca de la fruta, conocida como hemibrainEn total, el cerebro de una mosca de la fruta contiene 100.000 neuronas, mientras que un cerebro humano tiene aproximadamente 86 mil millones. Eso sugiere lo lejos que aún estamos de crear un conectoma completo de nuestras propias vías neuronales. Los ingenieros biométricos creen que en la próxima década, los datos proporcionados por tales proyectos finalmente comenzarían a dar resultados.

La cantidad de tiempo entre la siembra de una buena tecnología y la ciencia real utilizando esa tecnología suele ser de aproximadamente 15 años. 

Google y el equipo de FlyEM han hecho que los datos que recopilaron estén disponibles para que cualquiera pueda verlos y descargarlos. El grupo también ha publicado un artículo preimpreso que describe su metodología y dice que publicarán más artículos sobre su trabajo.

Al rastrear los caminos sinuosos de las neuronas en el cerebro de la mosca, los científicos han revelado cómo estas células se vinculan y trabajan juntas, como estas neuronas involucradas en la navegación. Crédito: FlyEM / Janelia Research Campus


Fuentes: 

Unveiling the Biggest and Most Detailed Map of the Fly Brain Yet. https://www.janelia.org/news/unveiling-the-biggest-and-most-detailed-map-of-the-fly-brain-yet

C. Shan Xu et al. “A Connectome of the Adult Drosophila Central Brain.” Posted on bioRxiv.org on January 21, 2020. doi:10.1101/2020.01.21.911859


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