Una mosca para entender el cerebro humano

Se acaba de publicar el primer mapa tridimensional del cerebro completo de la larva de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster). Se trata de una hazaña científica. Los autores del estudio han cartografiado todas las neuronas del cerebro, neurona a neurona, con todas sus conexiones. Pero ¿qué podemos aprender del cerebro de un insecto? Y lo que es más importante, ¿de qué manera nos acerca este logro científico a entender el funcionamiento del cerebro humano?

El órgano más complejo de la evolución animal

El sueño de cualquier neurocientífico ha sido siempre poder conocer en detalle la arquitectura del cerebro humano, sin duda el órgano más complejo de la evolución animal. A pesar de los grandes avances científicos que se han producido en estas últimas décadas, estamos aún muy lejos de llegar a entender su funcionamiento.

Muchos pensamos que la única manera de conseguirlo es conocer con exactitud cómo está organizado a nivel celular y molecular. De hecho, esta es una creencia que ya expresaba Ramón y Cajal hace más de 100 años. Si queremos entender quiénes somos, cómo pensamos, cómo recordamos, cómo sentimos o cómo se produce una enfermedad neuronal, la clave está en saber cómo se conectan las neuronas entre sí.

¿Por qué la mosca de la fruta?

Pero trabajar con cerebros humanos no es una tarea sencilla, por lo que en la mayoría de los laboratorios se emplean diferentes animales de experimentación. Uno de los más usados es la mosca de fruta, un insecto que comparte gran parte de su biología fundamental con los humanos, incluida una base genética comparable.

La mayoría de los avances científicos, si no todos, surgen de la aparición de una nueva técnica. Tras desarrollar un novedoso sistema de análisis de imágenes tridimensionales de alta resolución para grandes volúmenes de datos y después de doce años de arduo trabajo, los autores del estudio han cartografiado 3.016 neuronas y 548.000 conexiones entre ellas.

¿Un logro histórico?

¿Por qué algo así es un logro histórico? Básicamente por dos motivos. Primero por el desarrollo de una tecnología que no existía previamente y que abre las puertas para el estudio de otros cerebros. Y segundo por lo que significa a nivel biológico. La larva de la mosca de la fruta desarrolla comportamientos complejos: se relacionan entre sí, consultan y exploran el entorno, aprenden y realizan conductas motoras complejas como la búsqueda de comida, navegan por gradientes de luz o de olores, y tienen memoria a corto y a largo plazo.

No existe precedente científico

El estudio clasificó cada una de las 3.016 neuronas por la función que desempeñan en el cerebro de la larva, y ha permitido descubrir circuitos neuronales hasta ahora desconocidos. No existe precedente de algo parecido en ciencia.

Hasta la fecha, únicamente se habían generado mapeos cerebrales completos de tres especies pequeñas de invertebrados. El más complejo había sido el del gusano C. elegans, un nematodo empleado como modelo en genética, biología molecular y biología del desarrollo. En su cerebro se cartografiaron 302 neuronas y 5.000 conexiones, y para completar su estudio se necesitaron 3 décadas de investigación.

¿Por qué una mosca adulta?

Por tanto, el estudio de la mosca ha multiplicado por 10 lo que se había conseguido hasta ahora con el gusano. Pero ¿por qué los autores no eligieron el cerebro adulto de la mosca? Aunque científicamente hablando es mucho más interesante estudiar el cerebro adulto, la respuesta a la pregunta es simple. Porque la tecnología que desarrollaron aún no lo permitía. El cerebro de la mosca de la fruta adulta tiene casi 100.000 neuronas y decenas de millones de conexiones. Con la misma tecnología desarrollada, tardarían 396 años en cartografiar el cerebro adulto.

Cerca de 100 millones de neuronas

El cerebro humano tiene casi 100 mil millones de neuronas. Esto significa que la posibilidad de cartografiar nuestro cerebro completo con la tecnología actual no es probable en un futuro próximo. Sin embargo, no cabe duda de que dentro de pocos años podamos multiplicar por 10 las capacidades de análisis y reconstrucción del cerebro con tecnologías mejoradas, donde además la inteligencia artificial sustituya al tedioso trabajo manual del investigador.

Entonces, hoy en día, ¿estamos realmente más cerca de entender el cerebro humano? Podemos afirmar rotundamente que sí. El estudio del mapeo del cerebro de la mosca en condiciones normales es un paso previo y necesario al estudio del efecto de las enfermedades.

Párkinson, autismo o esquizofrenia

Los autores de estudio ya están comparando cerebros completos de larvas normales con los de otras larvas modificadas genéticamente para imitar los síntomas de la enfermedad de Parkinson o de otros trastornos como el autismo, la esquizofrenia o la epilepsia. Esto permitirá saber cómo se inicia la enfermedad y cuáles son las neuronas y conexiones que se ven afectadas, lo que permitirá por primera vez actuar sobre ellas para evitar su degeneración. Está información será clave para comprender los mecanismos de la función cerebral humana.