Uno de los sueños de la biomedicina es conocer la implicación de las neuronas del cerebro en la complejidad de nuestro comportamiento. ¿Qué se activa cuando nos movemos hacia adelante? ¿Qué indica que nos hemos arrepentido y regresamos al punto inicial? ¿Cómo sabemos el lugar exacto de dónde partimos? ¿Por qué algo nos irrita o nos aburre?
La tarea es ardua, complicada y laboriosa a partes iguales. Para comprender la relación entre la actividad cerebral y el comportamiento necesitamos trazar un mapa que escenifique esta correlación teniendo en cuenta todas las neuronas de un cerebro entero, un reto hasta ahora insuperable.
En ciencia, cuando el sistema a estudiar es demasiado complejo —imagínate el cerebro humano y todas las combinaciones de comportamiento de una sola hora de nuestros días—, buscamos un modelo más sencillo para usarlo como lanzadera. En este caso, se necesita un 'cerebro' más pequeño que controle una limitada lista de comportamientos. Entonces, entra en el escenario un humilde gusano.
El Caenorhabditis elegans, más conocido como C. elegans, ha sido una herramienta inestimable para la ciencia. Su uso nos ha proporcionado una ventana al funcionamiento de los organismos multicelulares. Su pequeño tamaño, sencillez y transparencia lo convierten en el organismo ideal para el estudio de la genética, la biología celular y la neurociencia.
El sistema nervioso del C. elegans es relativamente simple, sólo tiene 302 neuronas, pero contiene todos los componentes básicos de los sistemas nerviosos más complejos como el nuestro. Esta característica lo hace perfecto para buscar la conexión buscada entre las neuronas y el comportamiento.
En un artículo recientemente publicado en la revista Cell, un equipo de científicos presentó grabaciones de todo el sistema nervioso y un modelo matemático que predice con gran exactitud las múltiples formas en que las neuronas representan los comportamientos del gusano. Aplicando ese modelo específicamente a cada célula, los investigadores elaboraron un atlas de cómo la mayoría de las células, y los circuitos en los que participan, codifican las acciones del animal.
Esta suerte de atlas revela la 'lógica' que sigue el cerebro del gusano al producir un repertorio sofisticado y flexible de comportamientos.
Para realizar las mediciones necesarias y desarrollar el modelo matemático predictivo, los autores del artículo científico inventaron un nuevo microscopio acoplado a un software que rastrea automáticamente la actividad de cada neurona y casi todos los comportamientos del gusano; te hablo de movimiento, alimentación, sueño, puesta de huevos, un extenso etcétera.
El análisis de los datos reveló tres observaciones novedosas sobre la actividad neuronal: las neuronas rastrean el comportamiento del momento presente y pasado reciente, son capaces de ajustar su codificación de comportamientos y muchas de ellas codifican simultáneamente múltiples comportamientos.
Por ejemplo, aunque el comportamiento de retorcerse alrededor en un pequeño plato de laboratorio pueda parecer un acto muy simple, las neuronas representaban factores como la velocidad, la dirección y si el gusano está comiendo o no. En algunos casos, representaban el movimiento del animal retrocediendo en el tiempo alrededor de un minuto.
Al codificar el movimiento reciente, y no sólo el actual, estas neuronas podían ayudar al gusano a 'calcular' cómo sus acciones pasadas influían en el presente. Muchas neuronas también combinaban información sobre el comportamiento para ejecutar maniobras más complejas.
Una vez identificadas la relación neurona-comportamiento, se fue generando una especie de atlas —aún incompleto—, con el cual se puede cuantificar y predecir cómo cualquier célula cerebral representaría el comportamiento del gusano.
Otro resultado importante del trabajo fue descubrir que, aunque la mayoría de las neuronas siempre obedecían las predicciones del modelo, alrededor del 30% de las que codifican un comportamiento específico era capaz de reajustar con flexibilidad su codificación inicial, asumiendo nuevas tareas. En otras palabras, hay espacio para la flexibilidad. Esta capacidad se agudizaba en presencia de estímulos no esperados como el calentamiento repentino del hábitat de los gusanos.
Este excelente trabajo nos hace pensar que la información conductual se expresa ricamente en todo el cerebro de muchas formas diferentes. Cada día estamos más cerca de entender cómo se conectan nuestros comportamientos con los componentes de esa 'caja negra' que llamamos cerebro.
