Crean el mapa más completo de las conexiones neuronales del ratón: más de 500 millones en un milímetro cúbico de cerebro

Un milímetro cúbico de cerebro de ratón, equivalente en tamaño a una pepita de chía, contiene más de 200.000 células, 84.000 neuronas y más de 500 millones de sinapsis. Esto es lo que se desprende del mapa en detalle elaborado mediante técnicas de Inteligencia Artificial por los investigadores del consorcio MICrONS (Machine Intelligence from Cortical Networks) y publicado en las revistas Nature y Nature Methods. Pese a que se trata de una pequeña fracción, describe en alta resolución cómo las distintas células cerebrales interactúan unas con otras.

"El proyecto proporciona un conjunto de datos a una escala y una resolución sin precedentes", celebra Juan Lerma, profesor de investigación en el Instituto de Neurociencias CSIC-UMH, en Science Media Centre. "En este dataset se han combinado registros funcionales con la estructura anatómica a alta resolución de varias áreas corticales visuales del ratón. Este trabajo nos revela la estructura detallada de unas 60.000 neuronas excitadoras y sus respuestas a vídeos de escenas naturales que abarcaron 1 mm3 de la corteza visual".

Las neuronas de los ratones habían sido modificadas para emitir una proteína fluorescente en el momento de activarse. Se puso a los animales a correr en una cinta mientras se les mostraban las imágenes, y se trasladaron los datos así obtenidos a un mapa de conectividad. El milímetro cúbico de corteza visual reveló mediante microscopía electrónica la presencia de 200.000 células, 84.000 neuronas y 524 millones de conexiones sinápticas.

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El interés por investigar esta parte del cerebro de los ratones reside en su similitud en las estructuras corticales de otras especies de mamíferos, incluidos los seres humanos. Este trabajo de conectómica -la ciencia que permite reconstruir los circuitos de la corteza- "representa el mayor estudio estructura-función neocortical realizado hasta la fecha" pese a que solo se ha enfocado en una pequeña porción cerebral, destaca Lerma, que también es miembro de la Real Academia de Ciencias de España.

"Estos trabajos sientan muchas de las bases de principios de organización funcional que no estaban demostrados", prosigue. "Los principios de conectividad que ahora se revelan parecen tener un papel fundamental en el procesamiento sensorial y el aprendizaje. Además, estos principios son compartidos tanto por sistemas biológicos como artificiales. Los autores demuestran que redes neuronales recurrentes artificiales entrenadas en una tarea de clasificación sencilla desarrollan patrones de conectividad que remedan las reglas reveladas por los datos biológicos".

"Esta remesa de artículos es uno de los resultados más impresionantes de la iniciativa BRAIN (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies) que empezó con el presidente Obama en el 2013", destaca por su parte Rafael Yuste, profesor de Ciencias Biológicas y director del Centro de NeuroTecnología de la Universidad de Columbia (Nueva York), presidente de la Fundación NeuroRights e impulsor del proyecto BRAIN. "Es un tour de force con muchísima riqueza de resultados, que es como poner uno de muchos ladrillos en un enorme edificio para entender el cerebro".

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"Ahora, el gran desafío es juntar estos dos troncos de ciencia nueva; en otras palabras, entender qué conexiones surgen de qué tipo de neuronas. Para ello muy posiblemente hagan falta nuevas técnicas, como la utilización de microscopía óptica de expansión, que permite hacer las dos cosas a la vez. Ahora conocemos cuántos tipos de células hay y cómo son las conexiones de todas, pero hace falta mapear las conexiones de cada tipo de neurona. Esta nueva microscopía se acaba de inventar y creo que tendrá un largo recorrido", concluye Yuste.