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Un mapa cerebral inédito revela cómo miles de neuronas de un ratón se conectan mientras procesan imágenes, en una reconstrucción que combina tecnología, inteligencia artificial y un volumen raro de datos sobre el córtex visual.
Un fragmento del cerebro de un ratón permitió a científicos producir lo que los investigadores describen como el mayor mapa funcional de un cerebro animal hecho hasta ahora.
El trabajo reconstruyó, en tres dimensiones, parte de la red de comunicación entre cerca de 84 mil neuronas y aproximadamente 524 millones de sinapsis, las uniones por las cuales las células nerviosas transmiten señales.
La investigación integra el proyecto MICrONS, sigla en inglés para Machine Intelligence from Cortical Networks, y fue publicada en la revista Nature el 9 de abril de 2025.
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La muestra analizada tenía cerca de un milímetro cúbico de tejido cerebral, volumen frecuentemente comparado por los investigadores al tamaño de una pequeña semilla.
Incluso restringido a una fracción del córtex visual del animal, el mapa reveló una estructura con ramificaciones densas, conexiones superpuestas y circuitos coloridos en diferentes capas.
La visualización llevó a los científicos involucrados en el proyecto a comparar el resultado con imágenes de galaxias, por la cantidad de conexiones reunidas en un espacio microscópico.
El objetivo del estudio no fue solo reconstruir una imagen detallada del tejido cerebral.
El equipo buscó relacionar la estructura física de las conexiones con la actividad de las neuronas durante el procesamiento de imágenes.
En otras palabras, los investigadores intentaron observar no solo cómo las células estaban conectadas, sino también cómo respondían a estímulos visuales.
Ratón asistió a vídeos durante experimento cerebral
Una de las etapas más conocidas del estudio involucró un ratón despierto frente a vídeos.
El animal asistió a escenas cortas de películas, deportes, animaciones y naturaleza, incluyendo fragmentos de “The Matrix”, mientras los científicos registraban la actividad de neuronas en el córtex visual.
Para seguir esta respuesta cerebral, los investigadores usaron un ratón genéticamente modificado para que determinadas neuronas brillaran cuando estuvieran activas.
Con ayuda de microscopía, el equipo observó qué células reaccionaban a los estímulos exhibidos en la pantalla y cómo diferentes grupos neuronales participaban en el procesamiento de las imágenes.
Esta fase fue conducida por científicos del Baylor College of Medicine, en los Estados Unidos.
Después del registro de la actividad cerebral, el tejido analizado fue enviado al Allen Institute, en Seattle, donde pasó por un proceso de preparación para reconstrucción microscópica.
El material fue cortado en decenas de miles de láminas extremadamente finas, cada una con un grosor mucho menor que el de un cabello humano.
Esta etapa permitió que los investigadores observaran, en secuencia, las capas del tejido cerebral y reconstruyeran el camino de las células y sus conexiones.
Mapa cerebral en 3D muestra conexiones entre neuronas
Con microscopios electrónicos, el equipo produjo imágenes de alta resolución de las láminas.
El volumen de datos generado fue usado para identificar axones, dendritas y sinapsis, estructuras esenciales para la comunicación entre las neuronas.
Los axones llevan señales a otras células, mientras que las dendritas reciben parte de esa información.
Las sinapsis funcionan como puntos de contacto entre neuronas, permitiendo el paso de las señales mediante procesos químicos y eléctricos.
La siguiente etapa contó con la participación de científicos de la Universidad de Princeton.
Usaron inteligencia artificial y técnicas de aprendizaje automático para seguir el trayecto de las células a través de las capas de imagen y reconstruir la red en tres dimensiones.
Según Forrest Collman, investigador del Allen Institute y uno de los líderes del proyecto, el mapa puede causar la misma sensación de observar imágenes astronómicas.
“Esto definitivamente inspira una sensación de admiración, así como mirar imágenes de galaxias”, afirmó él, al comentar la complejidad encontrada en un área tan pequeña del cerebro.
La reconstrucción reúne más de 200 mil células, incluyendo las neuronas mapeadas, y cerca de medio billón de conexiones sinápticas.
De acuerdo con los investigadores, si el cableado microscópico identificado fuera estirado en línea recta, alcanzaría cerca de 5,4 kilómetros.
Conectómica ayuda a investigar circuitos del cerebro
El cerebro depende del intercambio constante de señales entre células nerviosas.
Este proceso está ligado a funciones como ver, reconocer movimientos, interpretar el entorno y responder a estímulos externos.
Sin embargo, conocer la existencia de estas conexiones no basta para entender cómo circuitos enteros producen comportamientos o percepciones.
Clay Reid, científico del Allen Institute, afirmó que hipótesis sobre el funcionamiento de las células cerebrales dependen de una información básica: cómo están conectadas.
Según él, comprender este cableado es una condición importante para probar explicaciones sobre el papel de diferentes neuronas.
El área que estudia este tipo de mapeo se conoce como conectómica.
Su objetivo es describir, con resolución creciente, cómo las células del sistema nervioso se organizan en circuitos.
En el caso del MICrONS, el diferencial fue unir la reconstrucción anatómica a la actividad funcional observada mientras el animal veía imágenes.
Esta combinación permite que los investigadores analicen relaciones entre la forma de las conexiones y la respuesta de las neuronas.
En lugar de observar solo la estructura del tejido o solo la actividad de las células, el estudio aproximó las dos informaciones en el mismo conjunto de datos.
Datos revelan patrones en el córtex visual del ratón
Entre los puntos destacados por el equipo está el comportamiento de neuronas inhibitorias, células responsables de reducir la actividad de otras células.
Según los autores del estudio, estas neuronas no parecieron conectarse de manera aleatoria.
Los datos indican patrones específicos de conexión con otros grupos celulares.
Este tipo de observación puede ayudar a formular nuevas preguntas sobre la organización de los circuitos cerebrales.
Aun así, los investigadores no presentan el mapa como una explicación completa del funcionamiento del cerebro.
El estudio se limita a un área específica del córtex visual de un único ratón.
La muestra, por lo tanto, no representa todo el cerebro del animal ni permite conclusiones directas sobre funciones como memoria, emoción, conciencia o lenguaje.
El resultado muestra, con alto nivel de detalle, una parte de la red involucrada en el procesamiento visual.
Otro aspecto relevante es que el conjunto de datos fue puesto a disposición de la comunidad científica.
Con esto, otros grupos pueden consultar la reconstrucción, probar nuevas preguntas y desarrollar modelos digitales relacionados con el funcionamiento del córtex visual.
El mapa puede apoyar estudios sobre enfermedades neurológicas
Los científicos involucrados en el proyecto tratan el mapa como una base para estudios futuros, no como una herramienta inmediata de diagnóstico o tratamiento.
La expectativa es que mapas de este tipo ayuden a comparar circuitos considerados saludables con alteraciones observadas en enfermedades neurológicas y trastornos del desarrollo.
El Allen Institute afirma que comprender reglas de conectividad puede contribuir a investigaciones sobre condiciones como Alzheimer, autismo y dependencia.
La relación entre estas enfermedades y patrones específicos de conexión cerebral, sin embargo, aún depende de nuevas investigaciones.
Sebastian Seung, neurocientífico y científico de la computación en Princeton, dijo que las tecnologías desarrolladas por el proyecto pueden dar a los científicos nuevas formas de identificar patrones anormales de conectividad asociados a trastornos.
La afirmación se refiere al potencial de la técnica, no a una aplicación clínica ya disponible.
La comparación con el Proyecto Genoma Humano aparece en declaraciones de investigadores porque ambos esfuerzos buscan crear mapas de referencia.
En el caso del genoma, la lectura de los genes abrió camino para nuevas líneas de investigación y terapias a lo largo de los años.
En el cerebro, el desafío involucra estructuras tridimensionales, actividad celular y volúmenes de datos muy elevados.
La muestra del cerebro muestra límites y alcance de la investigación
El estudio no mapea todo el cerebro de un ratón.
La investigación se concentra en una región visual específica y en una muestra limitada.
Esta delimitación es importante para evitar interpretaciones más allá de lo que los datos permiten afirmar.
Aun así, el proyecto ofrece una forma de observar la relación entre actividad cerebral y estructura física de las conexiones.
El ratón vio imágenes, las neuronas respondieron, los investigadores registraron esa actividad y, luego, reconstruyeron las conexiones entre las células involucradas en ese proceso.
Más de 150 científicos participaron del consorcio MICrONS.
El proyecto recibió financiación de la BRAIN Initiative, de los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos, y de la IARPA, agencia estadounidense dedicada a investigaciones avanzadas de inteligencia.
Para el público, la imagen del mapa cerebral llama la atención por la semejanza visual con estructuras astronómicas.
Para los investigadores, cada línea colorida representa una conexión que puede ayudar a investigar cómo el cerebro transforma estímulos visuales en información procesada.
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