Ahora, un logro histórico de la neurociencia está a punto de cambiar la situación. Tras décadas de minucioso trabajo, los investigadores han construido el primer diagrama de cableado completo, o "conectoma", de todo un cerebro adulto. Y no de cualquier cerebro: este conectoma pertenece a la humilde mosca de la fruta, Drosophila melanogaster. Aunque el cerebro de la mosca pueda parecer muy alejado del cerebro humano, esta extraordinaria hazaña representa un gran paso adelante en nuestra búsqueda por descifrar el funcionamiento interno del cerebro.

El nuevo conectoma de Drosophila, descrito en un reciente estudio publicado en la revista Nature, proporciona un nivel de detalle sin precedentes sobre los circuitos neuronales de la mosca. Con la asombrosa cifra de 139.255 neuronas y 54,5 millones de conexiones sinápticas, representa el diagrama de cableado de todo el cerebro más completo jamás construido. Este extraordinario recurso no sólo arroja luz sobre los principios organizativos de un cerebro en funcionamiento, sino que también ofrece una tentadora visión de lo que puede ser posible a medida que ponemos nuestros ojos en la cartografía del conectoma humano.

Para apreciar la importancia de este avance, primero debemos comprender los retos que han obstaculizado durante mucho tiempo el progreso de la conectómica, el campo dedicado a cartografiar las redes neuronales. Trazar la intrincada red de conexiones entre neuronas es una empresa enormemente compleja, que requiere técnicas de imagen especializadas y una potencia computacional de reciente aparición.

Históricamente, los esfuerzos por reconstruir los circuitos neuronales se han limitado a pequeñas porciones del cerebro, como la retina o una única región cerebral. Aunque estos diagramas parciales han aportado información muy valiosa, no alcanzan la comprensión holística necesaria para entender realmente el funcionamiento del cerebro como sistema integrado. En cambio, el conectoma de la mosca abarca todo el sistema nervioso central y ofrece una visión completa del flujo de información, desde las entradas sensoriales hasta las salidas motoras.

Este nivel de exhaustividad no es poca cosa. La obtención de imágenes de todo el cerebro de una mosca adulta con la resolución necesaria para resolver las sinapsis individuales es un enorme reto técnico, que requiere la adquisición de billones de píxeles de datos de microscopía electrónica. Y eso es sólo el principio: los datos deben ser minuciosamente alineados, segmentados y revisados por equipos de anotadores expertos para garantizar la precisión de la reconstrucción final.

El consorcio FlyWire, responsable de este logro histórico, calcula que la reconstrucción ha requerido la friolera de 33 años-persona de revisión manual. En este esfuerzo hercúleo participaron no solo neurocientíficos profesionales, sino también una comunidad mundial de ciudadanos científicos que ofrecieron voluntariamente su tiempo y experiencia para perfeccionar el conjunto de datos.

El resultado es un conectoma de un nivel de detalle y exhaustividad sin precedentes, que promete revolucionar nuestra comprensión de cómo están conectados los cerebros y cómo funcionan. Al rastrear todas las conexiones neuronales del sistema nervioso central de la mosca, los investigadores pueden explorar el flujo de información desde las entradas sensoriales hasta las salidas motoras, descubrir los mecanismos de circuito que subyacen a comportamientos específicos y obtener nuevos conocimientos sobre los principios organizativos que rigen la arquitectura del cerebro.

Quizá lo más emocionante sea la posibilidad de que este conectoma sirva de puente entre el cerebro de la mosca y el cerebro humano. Aunque ambos son muy diferentes en escala y complejidad, comparten similitudes fundamentales en su arquitectura neuronal subyacente. Las moscas, con sus sistemas nerviosos comparativamente sencillos, han sido durante mucho tiempo valiosos organismos modelo para estudiar los mecanismos básicos de la función cerebral. El nuevo conectoma proporciona ahora un nivel de detalle sin precedentes para orientar e informar nuestra comprensión de cerebros más complejos, incluido el nuestro.

Un área en la que el conectoma de la mosca ya está dando sus frutos es el estudio del procesamiento sensorial y la integración sensoriomotora. Al rastrear las vías que van del sistema visual de la mosca a sus salidas motoras, los investigadores han descubierto nuevos conocimientos sobre cómo la información sensorial se transforma en órdenes de comportamiento.

Por ejemplo, el conectoma revela los intrincados circuitos que subyacen al sistema ocelar de la mosca, un conjunto de ojos sencillos sin lentes que detectan los cambios en los niveles de luz ambiental. Se cree que estos ocelos desempeñan un papel clave en la estabilización de la mirada de la mosca y la coordinación de sus movimientos de vuelo, pero los mecanismos neuronales precisos han permanecido esquivos.

Sin embargo, el nuevo conectoma ha permitido a los investigadores trazar el diagrama de cableado completo del sistema ocelar, rastreando el flujo de información desde los fotorreceptores hasta una región especializada del cerebro denominada ganglio ocelar, y de ahí a las motoneuronas descendentes que controlan los movimientos de la cabeza y el cuerpo. Este nivel de detalle ha permitido a los investigadores proponer un mecanismo de circuito específico por el que los ocelos podrían contribuir a la capacidad de la mosca para mantener el vuelo y la mirada estables.

Y lo que es más importante, el circuito ocelar es sólo un ejemplo de cómo puede utilizarse el conectoma para descubrir los fundamentos neuronales del comportamiento. Combinando estos datos anatómicos con estudios funcionales, los investigadores pueden empezar a reconstruir cómo el cableado del cerebro da lugar al rico repertorio de comportamientos que observamos en la mosca.

Por supuesto, el cerebro de la mosca sigue estando muy lejos del cerebro humano en términos de complejidad. El cerebro humano adulto contiene aproximadamente 86.000 millones de neuronas, 600 veces más que el de la mosca. Y aunque el conectoma de la mosca representa una impresionante proeza de ingeniería, la intrincada red de conexiones del cerebro humano es órdenes de magnitud más compleja.

No obstante, las lecciones aprendidas del conectoma de la mosca servirán sin duda de base y acelerarán los esfuerzos para cartografiar el cerebro humano. Las estrategias y tecnologías desarrolladas para el proyecto de la mosca, desde técnicas avanzadas de microscopía electrónica hasta canales informáticos escalables para el procesamiento y análisis de datos, pueden adaptarse y aplicarse al cerebro humano. Y los conocimientos obtenidos a partir de la arquitectura neuronal de la mosca pueden proporcionar pistas cruciales sobre los principios organizativos que rigen la función cerebral en todas las especies.

De hecho, ya está en marcha la carrera para construir el primer conectoma humano completo. Varias iniciativas importantes, como el programa estadounidense Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) y el proyecto europeo Human Brain, se dedican a este ambicioso objetivo. Aunque los retos técnicos son formidables, los beneficios potenciales son inmensos.

Un diagrama completo del cableado del cerebro humano no sólo revolucionaría nuestra comprensión de la cognición y la conciencia, sino que también podría allanar el camino para avances revolucionarios en campos que van desde la neurología y la psiquiatría a la inteligencia artificial. Al cartografiar los intrincados circuitos neuronales del cerebro, los investigadores podrían obtener información sin precedentes sobre los orígenes de los trastornos neurológicos y psiquiátricos, lo que podría dar lugar a nuevas herramientas de diagnóstico y terapias específicas. Y mediante la ingeniería inversa de las capacidades de procesamiento de la información del cerebro, podríamos desvelar los secretos para construir máquinas verdaderamente inteligentes que puedan igualar o incluso superar las capacidades cognitivas de nivel humano.

Por supuesto, el camino hacia el conectoma humano es largo y está plagado de obstáculos. La mera escala del cerebro humano, combinada con la complejidad inherente de su arquitectura neuronal, presenta retos técnicos formidables que requerirán años de esfuerzo sostenido e innovación. E incluso cuando se consiga un diagrama de cableado completo, traducir ese conocimiento anatómico en una comprensión funcional del cerebro será un reto inmenso por derecho propio.

Sin embargo, el éxito del proyecto del conectoma de la mosca ofrece un rayo de esperanza. Demuestra que con recursos suficientes, tecnología punta y espíritu de colaboración se puede conseguir lo que parece imposible. Y como ha demostrado el conectoma de la mosca, los conocimientos obtenidos incluso de un cerebro "simple" pueden tener profundas implicaciones para nuestra comprensión de la estructura biológica más compleja del universo conocido: el cerebro humano.

De cara al futuro, el conectoma de la Drosophila es un brillante ejemplo de lo que puede lograrse cuando los científicos se proponen lo que parece imposible. Es un testimonio del poder del ingenio humano, la perseverancia y el potencial transformador de la ciencia colaborativa. Y sirve como tentador anticipo de los avances que nos aguardan en nuestra búsqueda de los misterios del cerebro.

Lecturas complementarias

1. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07558-y
2. El Consorcio Flywire y la exploración del cerebro cartografiado - https://flywire.ai/