Un grupo de científicos consiguió reconstruir el cableado del cerebro de una mosca de la fruta macho y ubicar 124 millones de conexiones entre sus células nerviosas. Se puede observar con detalle cómo se organiza este órgano y qué diferencias existen frente al cerebro de una mosca hembra.
El estudio compara los mapas cerebrales de ambos sexos y encuentra que cerca del 95 % de las células son compartidas. La diferencia corresponde al 5 % restante, donde hay variaciones en las conexiones neuronales sobre las conductas como la agresión, el cortejo y la producción de sonidos durante el apareamiento.
La investigación no busca explicar las diferencias de comportamiento entre hombres y mujeres. Los propios científicos aclaran que la conducta humana tiene una complejidad mucho mayor. El interés se concentra en utilizar las diferencias entre los cerebros de las moscas como una forma de estudiar cómo los genes pueden modificar la conectividad neuronal y, con ella, determinados comportamientos.
El trabajo estuvo dirigido por Gregory Jefferis, profesor del Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica en Cambridge. Para el investigador, este tipo de mapas representa una nueva vía para estudiar el funcionamiento del cerebro. En declaraciones a la BBC, comparó el avance con el papel que tuvo el telescopio en la comprensión del universo.
Jefferis explicó que el cerebro permite realizar actividades como tocar una sonata o resolver un problema científico. Por eso, considera que conocer la forma en que las células nerviosas se conectan puede ayudar a entender cómo funcionan los sistemas que permiten desarrollar esas capacidades.
Así reconstruyeron el cerebro de la mosca
El equipo analizó cada célula nerviosa y sus conexiones en el cerebro de una mosca macho. Para obtener la información necesaria, los investigadores dividieron el órgano en 66 fragmentos y sometieron cada uno a varios procesos de escaneo.
Con los datos obtenidos, los científicos reconstruyeron las conexiones y las organizaron en un mapa tridimensional del cerebro. Este procedimiento permitió seguir el recorrido de las células nerviosas y establecer cómo se relacionan entre sí dentro del órgano.
El trabajo es la continuación de una investigación realizada por el mismo equipo. Dos años antes, los científicos completaron el mapa del cerebro de una mosca hembra. La disponibilidad de ambos mapas permitió realizar una comparación directa y buscar diferencias en el cableado.
Aunque desde el exterior los cerebros de machos y hembras parecen similares, el análisis de sus conexiones mostró modificaciones en algunos circuitos. Una de ellas aparece en el sistema visual utilizado durante el cortejo.
El macho sigue con la mirada a la hembra mientras ella se desplaza. Los investigadores localizaron los circuitos vinculados con esta conducta y encontraron diferencias en su estructura. En los machos aparecen componentes adicionales relacionados con el sistema visual.
Otra diferencia se debe a los circuitos asociados con la agresión. Los machos participan con mayor frecuencia en peleas y el análisis del cableado cerebral mostró más conexiones relacionadas con este comportamiento que en las hembras.
El tercer caso es los sonidos que el macho produce durante el cortejo. Para generar la canción, el insecto utiliza sus alas y cuenta con un circuito nervioso específico para controlar ese proceso.
Philipp Schlegel, investigador del Laboratorio de Biología Molecular y uno de los autores del estudio, explicó que el cortejo incluye movimientos frente a la hembra y la emisión de un sonido mediante la vibración de las alas. La respuesta de la hembra determina si permite el acercamiento del macho o lo rechaza.
Cómo el cerebro de las moscas puede ofrecer pistas sobre el comportamiento de los seres humanos
Los científicos no quisieron solamente estudiar las diferencias entre los cerebros de las moscas. La comparación también se relacionó con la biología humana: cómo los genes influyen en la formación de las conexiones cerebrales y cómo esas conexiones pueden relacionarse con la conducta.
Los investigadores conocen desde hace décadas que los genes influyen en el comportamiento, pero todavía buscan comprender con precisión qué ocurre entre la información genética y la conducta que finalmente manifiesta un organismo.
El estudio de las moscas es una oportunidad para observar ese proceso porque los científicos pueden comparar dos cerebros que comparten la mayoría de sus células, pero presentan diferencias específicas en determinadas conexiones. De esta manera, resulta posible identificar modificaciones asociadas con comportamientos que los investigadores ya conocen.
Isabella Beckett, coautora principal de la investigación publicada en la revista Cell, explicó que esta comparación permite observar los principios que intervienen en los cambios del cableado cerebral. Al utilizar el sexo como variable independiente, los científicos pueden identificar qué elementos de las conexiones neuronales presentan diferencias.
Este conocimiento podría aportar elementos para investigaciones sobre condiciones en las que las diferencias genéticas afectan la conectividad cerebral, como el autismo y la esquizofrenia. Jefferis señaló que existen variantes genéticas relacionadas con el autismo y los trastornos del espectro autista cuya relación con el funcionamiento cerebral todavía requiere comprensión.
Sin embargo, los científicos marcan una diferencia entre el estudio de las moscas y el comportamiento humano. Los resultados no permiten explicar las diferencias entre hombres y mujeres, debido a que la conducta humana presenta una complejidad mucho mayor.
La utilidad del modelo consiste en permitir una observación detallada de la relación entre genes, conexiones neuronales y comportamiento. El mapa cerebral muestra, en un organismo pequeño, cómo cambios específicos en el cableado pueden coincidir con modificaciones en determinadas conductas.
Los genes permiten observar cambios en el cableado cerebral
Los investigadores relacionaron las tres diferencias encontradas con dos genes clave. La comunidad científica conoce desde hace años la relación entre esos genes y los comportamientos estudiados, pero hasta ahora no podía observar con precisión qué ocurría entre la actividad de los genes y la conducta.
El nuevo mapa permite observar ese proceso a través de las conexiones neuronales. Isabella Beckett, coautora principal de la investigación publicada en la revista Cell, explicó que comparar dos cerebros con diferencias específicas permite identificar qué modificaciones aparecen en el cableado cuando también existen diferencias conocidas en el comportamiento.
Para los científicos, este tipo de comparación ofrece una condición útil para estudiar la relación entre genética, conexiones neuronales y conducta. Al contar con dos cerebros cuya principal diferencia corresponde al sexo, resulta posible identificar con mayor claridad las modificaciones presentes en sus circuitos.
Esta información aporta elementos para estudiar una de las preguntas centrales de la biología: cómo los genes influyen en el comportamiento. Los científicos conocen desde hace décadas esa relación, pero todavía buscan establecer con precisión cómo una característica genética puede producir cambios en las conexiones del cerebro.
Jefferis explicó a la BBC que el análisis del cerebro de la mosca puede servir para comprender ese proceso. El conocimiento también podría contribuir a investigaciones sobre condiciones en las que las diferencias genéticas afectan la conectividad cerebral, como el autismo y la esquizofrenia.
El investigador señaló que existen múltiples variantes genéticas relacionadas con el autismo y los trastornos del espectro autista cuya relación con el funcionamiento cerebral todavía no se comprende por completo.
¿Qué relación tiene este estudio con la inteligencia artificial?
Los científicos también consideran que el mapa cerebral puede servir como referencia para el desarrollo de sistemas de inteligencia artificial. Jefferis plantea que conseguir sistemas con una eficiencia similar a la del cerebro podría requerir mayor inspiración en estructuras biológicas.
En ese contexto, los diagramas que representan el cableado real de un cerebro pueden ofrecer información para estudiar nuevas formas de organizar sistemas artificiales. Según el investigador, algunas personas ya utilizan modelos del cerebro de la mosca dentro de redes artificiales para analizar su posible utilidad en aprendizaje y control de sistemas.
La investigación contó con la participación de científicos del HHMI Janelia Research Campus, el Drosophila Connectomics Group de la Universidad de Cambridge, Google Research y la Fundación Champalimaud.
El mapa del cerebro masculino completa la comparación iniciada con el cerebro femenino y permite estudiar cómo pequeñas diferencias en las conexiones neuronales pueden relacionarse con cambios en la conducta. Para los investigadores, ese conocimiento puede servir como punto de partida para comprender la relación entre los genes, el cableado cerebral y el comportamiento.
¿Qué encontraron los científicos en el cerebro de la mosca?
Los investigadores identificaron 124 millones de conexiones en el cerebro de una mosca de la fruta macho y las organizaron en un mapa tridimensional. Al compararlo con el cerebro femenino, encontraron diferencias en circuitos relacionados con el cortejo, la agresión y la producción de sonidos.
¿Por qué compararon los cerebros de machos y hembras?
La comparación permitió estudiar cómo diferencias específicas en las conexiones neuronales pueden relacionarse con comportamientos que los científicos ya conocen. Cerca del 95 % de las células aparecen en ambos cerebros, mientras que las diferencias del 5 % restante permiten analizar modificaciones en el cableado.
¿El estudio explica las diferencias entre hombres y mujeres?
No. Los investigadores aclaran que la conducta humana resulta mucho más compleja y que el estudio no pretende establecer una explicación neurológica para las diferencias entre hombres y mujeres. El objetivo consiste en comprender cómo los genes pueden influir en la formación de conexiones neuronales y cómo esas conexiones se relacionan con el comportamiento.