En cierto modo, las moscas de la fruta son como nosotros. Tienen ojos, piernas, sistema nervioso y les encanta la fruta. Sin embargo, a diferencia de nosotros, solo tienen unos pocos miles de neuronas en sus cerebros, lo que significa que los científicos pueden mapear no solo todas las células sino también todas las conexiones entre ellas, produciendo por primera vez un «conectoma» digital completo de una criatura viva que es , cuando lo piensas, básicamente un humano.
Quizás exagero nuestras similitudes con las moscas de la fruta, comúnmente llamadas por su nombre científico, Drosophila (melanogaster, aunque esa parte no suele ser necesaria), pero hay una razón por la que las usamos en muchos experimentos biológicos. Puede que no creas que te pareces mucho a una de estas criaturas, pero definitivamente te pareces más a una mosca de la fruta que a una bacteria o dinoflagelado. Comprender incluso un animal relativamente simple como la drosófila nos enseña mucho sobre los animales y la vida en general.
A pesar de ser, junto con la levadura, quizás los organismos mejor conocidos, una sola drosófila sigue siendo demasiado compleja para simular todos sus aspectos. Demonios, tenemos problemas para simular correctamente una sola celda. Sin embargo, si consideras a una criatura no como una gestalt sino como una colección de sistemas interrelacionados, puedes empezar a morder al elefante.
El mordisco más reciente, de un equipo dirigido por biólogos de la Universidad de Cambridge, es un «mapa de sinapsis por sinapsis» de un cerebro larvario de drosófila. Con 3.016 neuronas y 548.000 sinapsis, es 10 veces la complejidad del último organismo al que se le mapeó el cerebro, un miembro del Congreso. (En realidad, era uno de los peores tipos de gusanos, un anélido. Los humanos tenemos alrededor de 86 mil millones de neuronas y sinapsis casi incontables).
La larva de la mosca de la fruta, por supuesto, no es una mosca, pero ya es una criatura sofisticada, con comportamientos adaptativos, estructuras análogas a los cerebros de moscas adultas, memoria a corto y largo plazo y otras funciones cerebrales esperadas. Además, son más fáciles de atrapar. Más importante aún, tiene «un cerebro compacto con varios miles de neuronas que se pueden visualizar a nanoescala con microscopía electrónica (EM) y sus circuitos reconstruidos dentro de un marco de tiempo razonable», como dice el artículo publicado hoy en Science. En otras palabras, es del tamaño correcto y no demasiado extraño.
El cerebro se cortó en capas increíblemente delgadas y se tomaron imágenes a través de EM, y los cortes resultantes se examinaron cuidadosamente para determinar cómo las neuronas, los axones y otras estructuras celulares continuaban entre ellos. “Desarrollamos un algoritmo para rastrear la propagación de señales en todo el cerebro a través de vías polisinápticas y analizamos las vías de retroalimentación (de sensorial a salida) y de retroalimentación, la integración multisensorial y las interacciones entre hemisferios”, escriben.
Volumen de microscopía electrónica de sección en serie que revela la estructura del cerebro de Drosophila. Créditos de imagen: Michael bobinado
El resultado es el modelo que ves, que parece una babosa con una peluca de payaso (no necesito agregar que esto no es lo que parece en vivo).
Por supuesto, hay muchas observaciones interesantes sobre la forma en que se organiza el cerebro, desde bucles recurrentes anidados, integración multisensorial, interacciones entre hemisferios y todas esas cosas buenas. Pero tener un conectoma completo de una criatura viva compleja es fundamentalmente emocionante para cualquier persona en ese espacio: hay muchas cosas que puedes hacer cuando tienes una simulación decente de un cerebro. Si bien estudios anteriores han replicado subsistemas individuales o cerebros más pequeños, esta es la caracterización más grande y completa hasta el momento y, como recurso digital en 3D, es casi seguro que se usará y citará en toda la disciplina.
Algunas de estas cosas incluso se encuentran en redes neuronales artificiales; estudiar cómo se produce un comportamiento tan complejo en un cerebro tan escasamente poblado podría «tal vez inspirar nuevas arquitecturas de aprendizaje automático».
Curiosamente, ya tenemos un modelo mecánico detallado del cuerpo y los movimientos de la mosca adulta, y aunque la pregunta es obvia, la respuesta es no: no podemos poner este cerebro en ese cuerpo y decir que hemos simulado todo el cosa. Pero tal vez el próximo año.