Un universo entero de neuronas: científicos crean el mapa más detallado de un cerebro en funcionamiento

Científicos han creado el mapa tridimensional más detallado hasta la fecha de la actividad cerebral. No solo lograron construir el esquema más preciso de las conexiones neuronales, sino que por primera vez en la historia superpusieron datos en tiempo real sobre la actividad de células individuales.

Para crear este mapa, un equipo de más de 150 especialistas del proyecto MICrONS (Machine Intelligence from Cortical Networks) utilizó una diminuta sección de la corteza visual de un ratón, de tan solo un milímetro cúbico de volumen. En este minúsculo fragmento, los investigadores identificaron más de 200.000 células cerebrales, de las cuales 82.000 eran neuronas. Entre ellas se extienden más de cuatro kilómetros de fibras nerviosas, formando más de 500 millones de sinapsis: puntos de contacto especializados por donde las células intercambian señales.

A modo de comparación, el estudio anterior más grande en este campo —basado en una muestra de cerebro humano— incluía solo 16.000 neuronas y 150 millones de sinapsis. Sin embargo, el logro principal de este nuevo trabajo no reside en las cifras, sino en el hecho de que, por primera vez, se ha podido observar cómo decenas de miles de células interactúan entre sí al procesar información visual.

El proceso de creación del modelo tridimensional constó de varias etapas. Primero, los expertos registraron durante dos horas la actividad de casi 76.000 neuronas en la corteza visual del ratón, mientras este observaba distintos videos, incluidos fragmentos de la película Matrix. Luego, la zona cerebral estudiada fue seccionada en miles de cortes con un grosor de apenas una cuadrigentésima parte del grosor de un cabello humano.

Las muestras obtenidas fueron fotografiadas y ensambladas en una imagen volumétrica (ver imagen inferior). Para procesar el enorme volumen de datos se utilizaron algoritmos de inteligencia artificial y aprendizaje automático, que permitieron etiquetar individualmente las células nerviosas, sus ramificaciones y puntos de conexión. Finalmente, los investigadores integraron en el esquema la ubicación física de las neuronas con las grabaciones de su actividad.

Según la neurobióloga Mariela Petkova, de la Universidad de Harvard, quien no participó en el proyecto, la comunidad científica ha logrado algo que siempre pareció imposible: superponer un mapa de actividad sobre una red física de conexiones en una población tan grande de células. Este nivel de trabajo no tiene precedentes en la historia de la neurociencia.

Los materiales resultantes son, simplemente, de una belleza asombrosa. “Cuando los observas, sientes el mismo asombro ante la complejidad del cerebro que experimentas al mirar las estrellas en el cielo nocturno”, así lo describió el neurobiólogo Forrest Collman, uno de los autores del estudio.

Todos los datos del proyecto ya están disponibles en línea para la comunidad científica, y diversos grupos de investigación ya los están utilizando activamente en sus trabajos.