Uno de los desafíos más complicados y fascinantes para los neurocientíficos es cómo vincular la arquitectura, el cableado y los mensajes eléctricos de los circuitos neuronales a nuestro comportamiento y emociones. Hasta la fecha, el deseo de comprender esta correspondencia es sencillamente poco realista: la razón está en los números.
302: es el número de neuronas que forman el sistema nervioso del gusano Caenorhabditis elegans. Este circuito ha sido completamente mapeado.
15.000: son las neuronas en el cerebro de un mosquito de la mosca de la fruta (la bien conocida Drosophila).
135.000: son las neuronas en el cerebro de una mosca de la fruta adulta.
71.000.000: son las neuronas de un ratón doméstico.
86.000.000.000: son las neuronas de un cerebro humano.
30: es el número de neuronas de un simple circuito en el sistema gástrico del cangrejo. Y, después de décadas de investigación, nadie ha entendido completamente cómo funciona todavía.
Para hacer el reto aún más complicado, cada neurona interactúa con muchas otras neuronas a través de una red de sinapsis que aumenta exponencialmente el número de conexiones posibles.
Por otra parte, cualquier circuito cerebral implicado en una reacción específica, por ejemplo, la reacción a un estímulo olfativo, no sólo involucra un gran número de neuronas, sino que, como si no fuera suficiente, la reacción al mismo estímulo puede proceder de la activación de diferentes circuitos.
Por lo tanto, la complejidad de un circuito simple se podría proyectar a la abrumadora complejidad de un cerebro humano mientras que escribe un artículo, observa la lluvia por la ventana, escucha la radio, huele el olor de una bolsa de cacahuetes y escoge uno de ellos – todo al mismo tiempo. La tentación de explicar qué circuitos están activados, cómo interactúan, y tal vez de predecir el comportamiento resultante de una persona es difícil de explicar con números. Para citar las palabras de un científico tratando de explicar la cantidad de datos necesarios para mapear todo el cerebro de un ratón, “Van a ser números astronómicos. Ni siquiera sé si hay una palabra para describir esto. Está más allá de petabytes. Petabytes de petabytes“. Un petabyte es 1015, es decir un 1 seguido por 15 ceros. Petabytes de petabytes … bueno, es difícil incluso calcular cuántos ceros de capacidad computacional se necesitan.
Pero esta complejidad impresionante puede empeorar fácilmente. Los científicos están acostumbrados a comparar un número estadísticamente significativo de muestras con el fin de aceptar o rechazar una hipótesis. Esto significa que un número n de cerebros tiene que ser multiplicado a los petabytes de datos, y entonces tiene que ser encontrada una correlación entre ellos…
Ahora, si usted no tiene miedo y está dispuesto a seguir leyendo, volvamos a números manejables, específicamente a las 15.000 neuronas del gusano de la mosca de la fruta. Los pioneros de los estudios sobre los circuitos cerebrales como Marta Zlatic tratan de simplificar el trabajo concentrando su atención en pequeñas partes del cerebro responsables de una función específica, por ejemplo una región de 160 neuronas involucradas en la detección de los olores u otra pequeña región responsable de girar o retraer la cabeza en respuesta a un estímulo externo molesto.
La figura esquematiza el proceso seguido por los científicos: una sección específica del cerebro se corta en miles de láminas delgadas, que se analizan por microscopía electrónica. A continuación, se crea un mapa 3D que contiene todas las conexiones identificadas de cada neurona. El objetivo es descubrir, después de dar un impulso eléctrico, qué circuitos se activan y qué comportamiento se ve dependiendo de qué circuito está en un estado ON.
Juntar diferentes mapas permite agregar piezas al rompecabezas, y la comparación de piezas similares de rompecabezas diferentes puede dar la posibilidad de averiguar cuáles patrones de circuito se conservan y cuáles son variables, tal y como el equipo de Zlatic está empezando a ver en algunas partes del cerebro de los gusanos de la mosca de la fruta.
La importancia de mapear los circuitos cerebrales podría ayudar a dar alguna respuesta a los problemas médicos. Por ejemplo, se podría explicar por qué algunos fármacos son eficaces en algunas personas y no en otras, como ocurre en los pacientes con el síndrome de Parkinson.
Hasta ahora, los científicos sólo tienen una información pequeña y parcial, pero cuando el esfuerzo de los laboratorios de todo el mundo empiece a conectar una pieza del rompecabezas a otra, la esperanza de una mejor comprensión de la extraordinaria complejidad de los circuitos del cerebro moverá algunos pasos más hacia la meta final: entender realmente la naturaleza de los procesos cerebrales que están a la base el comportamiento humano.
Referencia:
Smith K. How to map the circuits that define us. Nature. 2017 Aug 9;548(7666):150-152. Available online at 10.1038/548150a
La elaboración de este post ha sido financiada por el proyecto PI15/01082, integrado en el Plan Nacional de I+D+I y cofinanciado por el ISCIII – Subdirección General de Evaluación y Fomento de la Investigación Sanitaria – y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).
