Fins a quin punt és complex el sistema nerviós d'una mosca? Un equip de científics de Google Research i el campus de recerca Janelia de l'HHMI ha aconseguit reconstruir per complet el sistema nerviós central d'un exemplar mascle, neurona per neurona i connexió per connexió. El resultat és el connectoma cerebral més detallat elaborat fins avui, un mapa compost per 166.691 cèl·lules i 125 milions de sinapsis. Gràcies a aquest avanç, és possible traçar el recorregut precís que realitza un senyal des que els sentits detecten un estímul fins que les neurones motores executen una ordre tan bàsica com el moviment.
Per iniciar aquest procés, l'equip va tallar el cervell i el cordó nerviós ventral de la mosca en làmines ultrafines que es van fotografiar mitjançant microscòpia electrònica. Un sistema d'intel·ligència artificial va processar els milions d'imatges bidimensionals per reconstruir-les en un model tridimensional i identificar els fragments corresponents a cada neurona, una feina que posteriorment va ser revisada i perfeccionada de forma manual per especialistes.
Anàlisi neuronal i diferències de comportament entre sexes
El mapa abasta 11.691 tipus de neurones, incloent-hi el cordó nerviós ventral (equivalent a la medul·la espinal humana). Aquesta cartografia permet estudiar la cadena de processament de la mosca davant d'estímuls quotidians com la visió, rastrejant des de les cèl·lules fotoreceptores inicials fins a les neurones que determinen una acció, ja sigui un canvi de rumb, un desplaçament o el seguiment d'un objectiu.
En disposar del sistema nerviós complet del mascle, els investigadors han pogut comparar-lo amb el d'una femella. Encara que la majoria de les xarxes neuronals són idèntiques en tots dos sexes, existeixen circuits especialitzats que varien per donar resposta a comportaments socials, dinàmiques d'agressivitat o ritus de festeig. Un exemple és la regió denominada love spot, un circuit visual específic del mascle que s'activa de forma exclusiva en detectar una parella potencial.
Els investigadors ja utilitzen aquest model per aprofundir en l'estudi del gust, la visió ampliada i la conducta social. Aquesta fita estableix les bases metodològiques per abordar en el futur organismes de major complexitat, com peixos o ratolins. Tot i que la reconstrucció del cervell humà queda encara llunyana, sense oblidar que la nostra espècie compta amb uns 86.000 milions de neurones, l'estudi d'aquests petits invertebrats ofereix claus fonamentals sobre el funcionament del processament nerviós en el regne animal. La combinació de microscòpia d'alta resolució amb algorismes d'IA per a la segmentació tridimensional demostra com la tecnologia computacional permet accelerar la cartografia biològica, transformant la neurociència en una disciplina basada en l'anàlisi massiva de dades. Això ens recorda que la IA pot contribuir a accelerar processos que d'altres formes durarien mesos o anys.