El trabajo puede servir como base para futuras investigaciones del cerebro e inspirar nuevas arquitecturas de aprendizaje automático.
Los investigadores han completado el mapa cerebral mas avanzado hasta la fechael de un insecto, una bitácora histórica de la neurociencia que busca a los científicos la verdadera comprensión del mecanismo del pensamiento, tras su publicación en la revista ‘Science’.
El equipo internacional liderado por la Universidad Johns Hopkins (Estados Unidos) y la Universidad de Cambridge (Reino Unido) ha desarrollado un esquema muy detallado que rastrear cada conexión neuronal en el cerebro de una larva de mosca de la frutaun modelo científico arquetípico con cerebros comparable a los humanos.
El trabajo probablemente servirá de base para futuras investigaciones sobre el cerebro e inspirará nuevas arquitecturas de aprendizaje automático.
«Si queremos entender quiénes somos y cómo pensamos, parte de ello consiste en entender el mecanismo del pensamiento -explica el autor principal, Joshua T. Vogelstein, ingeniero biomédico de Johns Hopkins especializado en proyectos basados en datos como el de la conexión, el estudio de las conexiones del sistema nervioso- -. Y la key per lui saber como se conectan las neuronas entre sí».
El mapa más completo y extenso realizado
El primer intento de cartografo un cerebro –un estudio de 14 años sobre el gusano redondo iniciado en la década de 1970– dio como resultado un mapa parcial y un premio nobel. A partir de aquí, conexiones parciales han sido cartografía en muchos sistemas, como moscas, ratas e incluso seres humanos, pero estos las reconstrucciones representan solo una pequeña fracción del cerebro total.
Solo si han engendrado conectomas completos de varias especies pequeñas redondas con unos pocos cientos o millas de neuronas en sus cuerpos: un gusano, una larva de cántaro y una larva de anélido marino.
La conexión de este equipo de uno cría de mosca de la frutala larva de ‘Drosophila melanogaster’, por ejemplo, el el mapa más completo y extenso jamás realizado del cerebro de un insecto. Incluye 3.016 neuronas y todas las conexiones entre ellas: 548.000.
«Han pasado 50 años Este es el primer conectoma cerebral. Es una bandera en la arena donde podemos hacerlo –destaca Vogelstein–. Todo ha estado funcionando hasta que te conectas a esto».
Más de una década
Cartógrafo cerebros enteros es dificil y toma mucho tiempo, incluso con la mejor tecnología moderna. Para obtener una imagen completa a nivel celular de un cerebro es necesario dividirlo en cientos o millas de figuras de tejido individualtodo lo cual debe analizarse con un microscopio electrónico antes del laborioso proceso de reconstruir todas estas partes, neurona por neurona, en un retrato completo y preciso de un cerebro.
El llegó tarde más de una década en hacerlo con la mosca de la fruta. Si calculas que el cerebro de un ratón es un millón de veces más grande que el de una mosca de la fruta, entonces significa que la posibilidad de que el cartógrafo se parezca algo a un cerebro humano no es probable en un futuro cercano, quizás ni siquiera en nuestras vidas .
El equipo seleccionó a propósito la larva de la mosca de la fruta porque, para ser un insecto, el especie comparte gran parte de su biología fundamental con los humanosincluye una base genética comparable.
Además, sostiene un rico comportamiento de aprendizaje y toma de decisiones, lo que lo convierte en un organismo modelo útil en neurociencia. A efectos prácticos, su cerebro relativamente compacto permite obtener imágenes y reconstruir los propios circuitos en un lugar de tiempo racional.
Aun así, el trabajo realizado 12 años en las universidades de Cambridge y Johns Hopkins. La obtención de imágenes por sí sola tomó aproximadamente un día por neurona.
Neurona por neurona
Investigadores de Cambridge crean imágenes de alta resolución del cerebro y estudian manualmente para detectar neuronas individuales, trazando estrictamente cada uno de ellos y relacionando sus conexiones sinápticas.
Cambridge ha facilitado los datos al Johns Hopkins, donde está el equipo pasar más de tres años usando el código original que creó para analizar la conectividad cerebral. El equipo de Johns Hopkins desarrolló técnicas para emparejar grupos de neuronas basadas en patrones de conectividad compartiday luego analicé cómo diseminar la información al cerebro.
Al final, el equipo completo trazó cada neurona y cada conexión, y clasifica cada neurona según la función que realiza en el cerebro. Descubra que los circuitos más activos del cerebro eran los que controlaban y liberaban las neuronas del centro de aprendizaje.
Los métodos desarrollados por el hijo de Johns Hopkins aplicable a cualquier proyecto de conexión cerebral, y su código está a disposición de cualquiera que se proponga cartografía de un cerebro animal a un mayor, según Vogelstein, quien agregó que, para sopesar los crímenes, espera que los científicos se enfrenten al ratón, posiblemente en la próxima década. . Otros equipos están trabajando en un mapa del cerebro adulto de la mosca de la fruta.
El coautor Benjamin Pedigo, PhD en Ingeniería Biomédica en Johns Hopkins, espera que el código del equipo ayude a revelar importantes comparaciones entre las conexiones del cerebro adulto y larvario. Teniendo en cuenta que existen conexiones de más larvas y otras especies relacionadas, Pedigo espera que sus técnicas de análisis nos permitan comprender las principales variaciones en el cableado cerebral.
Implicaciones para el código humano
noticias de relación
El trabajo con larvas de mosca de la fruta mostró características de los circuitos que graban asombrosamente arquitecturas de autoaprendizaje prominentes y potentes. El equipo espera que el estudio continuo revele más principios computacionales y pueda inspirar nuevos sistemas de IA.
«Lo que aprendimos sobre el código de la mosca de la fruta tendrá implicaciones para el código humano –separa Vogelstein–. Esto es lo que queremos entender: cómo escribir un programa que lleve a una persona de cerebro rojo».
