Avanç "històric" de la neurociència: completen el primer mapa cerebral d'un insecte
Acabar el diagrama, que inclou més de 3.000 neurones, ha costat més d'una dècada i és un pas clau per a la “vertadera comprensió” del pensament
Un equip científic ha aconseguit completar el mapa cerebral d'un insecte, el més avançat fins a la data. Pertany a la larva de mosca del vinagre i representa una fita “històrica” per a la neurociència, la disciplina que estudia el sistema nerviós de manera integral. Aquest últim assoliment, publicat aquest dijous en la revista Science, acosta a “la vertadera comprensió” del mecanisme del pensament, obri la porta a futures investigacions sobre el cervell i inspirarà noves arquitectures d'aprenentatge automàtic.
En concret, el que ha elaborat aquesta recerca compartida entre els Estats Units i el Regne Unit és un diagrama detallat i complet que dibuixa cada connexió neuronal del cervell de l'insecte, el que s'anomena connectoma en argot especialitzat. El subjecte d'estudi és una cria de Drosophila melanogaste i el mapa obtingut és el més extens que hi ha del cervell d'aquest tipus d'animals. Inclou 3.016 neurones i totes les unions entre elles: 548.000 sinapsis.
En la investigació, que s'ha allargat dotze anys, han participat dos equips, de la Universitat Johns Hopkins i de Cambridge. “Si volem entendre qui som i com pensem, part d'això consisteix a comprendre el mecanisme del pensament”, afirma Joshua T. Vogelstein, de la Johns Hopkins, per a qui la clau està a entendre com es connecten les neurones entre si.
El primer intent de cartografiar un cervell —un estudi durant catorze anys sobre el cuc redó iniciat en la dècada dels setanta— va donar com a resultat un mapa parcial i un nobel. Des d'aleshores, s'han cartografiat connectomes parcials en molts sistemes, com per exemple en mosques, ratolins i fins i tot éssers humans. Aquestes reconstruccions, però, solen representar només una fracció reduïda del cervell total, explica la Johns Hopkins. Únicament s'han generat connectomes complets de diverses espècies menudes amb uns pocs centenars o milers de neurones: de cuc redó, larva d'ascidiacis i larva d'anèl·lid marí.
"Això significa que la neurociència ha funcionat majoritàriament sense mapes de circuits”, resumeix Marta Zlatic, de la universitat britànica de Cambridge. “Sense conéixer l'estructura d'un cervell, estem endevinant com s'implementen els càlculs, però ara podem començar a comprendre de manera mecànica com funciona el cervell”, explica. La tecnologia actual —afig— encara no és prou avançada per a cartografiar el connectoma d'animals superiors com els grans mamífers.
No obstant això, “tots els cervells són similars —xarxes de neurones interconnectades— i tots els de totes les espècies han de realitzar molts comportaments complexos: processar informació sensorial, aprendre, seleccionar accions, navegar per l'entorn, triar menjar, reconéixer els congèneres o escapar de depredadors”.
Per a aconseguir una imatge completa a escala cel·lular d'un cervell és necessari dividir-lo en centenars o milers de mostres de teixit individuals. Totes han de ser analitzades amb microscopis electrònics abans del laboriós procés que comporta reconstruir les peces, neurona per neurona, en un retrat complet i precís d'un cervell. L'equip va triar a propòsit la larva de mosca del vinagre (o la fruita) perquè, tot i ser un insecte, l'espècie comparteix gran part de la biologia fonamental amb els humans, inclosa una base genètica comparable.
El treball ha mostrat característiques de circuits que recordaven “sorprenentment” a arquitectures d'aprenentatge automàtic, per això l'autoria confia que l'estudi continuat puga inspirar nous sistemes d'intel·ligència artificial. “El que hem aprés sobre el codi de la mosca del vinagre tindrà implicacions per al codi humà”, afirma Vogelstein. “Això és el que volem entendre: com escriure un programa que puga conduir a una xarxa cerebral humana”.
Els mètodes i codis desenvolupats en aquesta cerca estan a la disposició de qui intente cartografiar un cervell animal encara més gran. Es calcula que el d'un ratolí és un milió de vegades més gran que el d'una cria de mosca del vinagre, cosa que significa que la possibilitat de cartografiar aquest òrgan no és probable en un futur pròxim. Així i tot, la comunitat científica espera enfrontar-se a aquest repte —segons asseguren— possiblement en la dècada vinent.
