Por Canuto  

Investigadores de Janelia y Google completaron el segundo conectoma de una mosca de la fruta, con más de 300 millones de sinapsis identificadas mediante microscopía electrónica, algoritmos de IA y revisión humana. El mapa masculino, comparado con el de una hembra terminado a comienzos de 2026, ofrece nuevas pistas sobre las diferencias neuronales asociadas al sexo y prueba herramientas que podrían escalar hacia cerebros mucho más complejos.
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  • El conectoma masculino de Drosophila registra más de 300 millones de conexiones sinápticas.
  • La IA ayudó a reconstruir tejidos, rastrear neuronas e identificar sinapsis, con ajustes supervisados por humanos.
  • La comparación entre ambos sexos encontró 289 neuronas específicas de macho, 71 específicas de hembra y 138 con formas o conexiones distintas.

Un mapa completo del cerebro de la mosca

Investigadores del Janelia Research Campus del Howard Hughes Medical Institute y científicos informáticos de Google completaron un mapa de cada neurona del cerebro de una mosca de la fruta macho. El resultado, conocido como conectoma, describe la ubicación tridimensional de las células y las sinapsis que establecen entre sí, una información esencial para seguir el recorrido de las señales desde los sentidos hasta la memoria, la toma de decisiones y el movimiento. El anuncio representa el segundo mapa cerebral completo de Drosophila, después del conectoma femenino concluido a comienzos de 2026.

La escala del trabajo supera con amplitud la intuición que provoca el diminuto tamaño del insecto. Aunque todo el sistema nervioso de la mosca contiene aproximadamente 150.000 neuronas y el cerebro concentra solo una parte de ellas, el nuevo análisis registró más de 300 millones de conexiones sinápticas. Cada neurona puede extender axones ramificados y comunicarse con cientos de células, por lo que conocer únicamente la lista de neuronas no basta para comprender cómo circula la información.

El concepto de conectoma funciona como un plano de cableado biológico. Las neuronas sensoriales reciben señales de luz, sonido o tacto, mientras otras células procesan esas entradas, las envían a regiones especializadas y generan respuestas que pueden incluir un recuerdo o la activación de un músculo. Como las conexiones determinan qué información llega a cada circuito, el mapa permite estudiar el funcionamiento cerebral con una restricción anatómica concreta, en lugar de depender únicamente de hipótesis sobre cómo podría operar una red neuronal.

Ars Technica reportó que el proyecto tomó cerca de cuatro años desde la preparación de un cerebro intacto hasta la obtención del conectoma final. La colaboración fue necesaria porque la preparación del tejido y la interpretación de las imágenes requieren competencias distintas, mientras que el volumen de datos excede lo que un equipo humano podría revisar manualmente en un plazo razonable. El resultado ofrece una base común para que otros investigadores consulten conexiones específicas sin repetir todo el proceso experimental.

La IA convierte cortes microscópicos en una red tridimensional

Para construir el mapa, los biólogos diseccionaron un cerebro de mosca junto con una parte de su cordón nervioso ventral y lo cortaron en una extensa serie de láminas uniformemente espaciadas. El orden exacto de esos cortes permitió conservar la arquitectura tridimensional, aunque cada sección se transformó temporalmente en una imagen casi bidimensional para ser examinada con microscopía electrónica. La resolución debía ser suficiente para distinguir estructuras celulares pequeñas y, especialmente, las membranas que delimitan las neuronas.

La computación entró en una etapa crítica cuando los investigadores tuvieron que volver a ensamblar las imágenes. Michal Januszewski, científico del personal de Google Research, explicó que un modelo generativo corrige las pequeñas deformaciones y pérdidas de material producidas durante el corte, de modo que el tejido parezca continuo y las etapas posteriores puedan ignorar en gran medida las costuras entre láminas. La herramienta no inventa una nueva anatomía, sino que ayuda a alinear los datos obtenidos por el microscopio.

Otro modelo rastrea las membranas y rellena los espacios que definen cada célula, siguiendo los contornos neuronales a través del volumen completo. Según Januszewski, se trata de un proceso visual y recurrente que avanza por el espacio mientras convierte los vóxeles de las imágenes microscópicas en una representación tridimensional de las neuronas. Modelos adicionales reconocen las sinapsis y clasifican sus tipos una vez que las encuentran, una cadena de tareas demasiado extensa para resolverla con inspección humana directa.

La automatización no eliminó la supervisión de especialistas. Los investigadores ajustaron la sensibilidad de los modelos, o su nivel de «codicia», para controlar la probabilidad de que una estructura fuera etiquetada como sinapsis, y los correctores humanos revisaron los resultados para devolver retroalimentación al sistema. Gerry Rubin, líder de grupo sénior en Janelia y uno de los autores principales, señaló que el proceso exige iterar entre las correcciones humanas y el ajuste de los algoritmos, porque desmontar una conexión mal agregada puede resultar más difícil que añadir una que falta.

Qué reveló la comparación entre machos y hembras

La existencia de dos conectomas completos permite pasar de una descripción general del cerebro de la mosca a una comparación directa entre sexos. La investigación identificó 289 neuronas específicas de macho, 71 específicas de hembra y 138 presentes en ambos sexos, pero con diferencias de forma y conexiones. Estos grupos no constituyen una división simple, porque la identidad neuronal también depende de las interacciones entre células y de la actividad de genes que regulan el desarrollo y la conducta.

Entre los genes relevantes aparecen doublesex, conocido como dsx, y fruitless, abreviado fru, que participan en la transformación de la información cromosómica en diferencias observables de comportamiento. El 90% de las neuronas específicas de macho expresaba ambos genes, aunque el 10% restante no lo hacía, lo que sugiere que algunas células pueden adquirir una identidad sexual mediante su relación con otras neuronas que sí activan esos factores.

La relación tampoco fue directa en las neuronas compartidas por ambos sexos. Casi el 40% de las células que tenían formas o conexiones diferentes no mostraba actividad de dsx o fru, mientras alrededor del 7% de las neuronas aparentemente idénticas sí activaba esos genes. Esa combinación indica que una arquitectura parecida no garantiza una actividad funcional idéntica, y que la conectividad visible podría ser solo una parte de las diferencias que influyen en el comportamiento.

El equipo también encontró dos tipos de neuronas vinculadas con la respuesta física de la hembra durante el apareamiento en cerebros masculinos, donde conservaban una forma básica similar aunque el tejido que controlan indirectamente no existe. Sus conexiones sí diferían entre machos y hembras, un detalle que muestra por qué identificar la presencia de una neurona no basta para inferir su función. Además, una neurona observada en el conectoma femenino faltaba en uno de los dos hemisferios del macho, posiblemente por un fallo durante el desarrollo.

Una herramienta para la neurociencia y los cerebros futuros

Las neuronas específicas de sexo tendían a ubicarse lejos del procesamiento sensorial inmediato y del control motor directo. En cambio, aparecían asociadas con regiones de procesamiento superior y toma de decisiones, lo que sugiere una jerarquía en la que las diferencias sexuales modifican sobre todo las áreas integrativas, mientras los sistemas sensoriales básicos y las interfaces motoras permanecen más estables. Las excepciones incluyen neuronas sensoriales que detectan feromonas específicas de sexo, pero la tendencia general apunta a una influencia posterior en la cadena de procesamiento.

El agrupamiento de esas neuronas también puede ser relevante, porque su proximidad y sus conexiones compartidas sugieren que podrían actuar juntas para reforzar determinadas señales. En lugar de cambiar de manera uniforme todo el cerebro, las diferencias parecen concentrarse en circuitos que vinculan la información recibida con comportamientos apropiados. Esa lectura no equivale a una explicación completa de la conducta, pero proporciona una estructura anatómica concreta para diseñar experimentos y probar qué circuitos intervienen en cada respuesta.

Para la neurociencia teórica, el conectoma cambia la pregunta de partida. Antes de disponer de un cableado completo, los modelos podían explorar cómo funcionaría un cerebro sin enfrentar demasiadas restricciones anatómicas; ahora los investigadores pueden preguntar cómo un diagrama específico permite ejecutar una función concreta. Rubin describió este cambio como uno de los mayores avances derivados del mapa, porque las hipótesis deben confrontarse con conexiones observadas y no únicamente con redes idealizadas.

El desafío inmediato consiste en acelerar y abaratar el proceso. Rubin explicó que el objetivo es que un equipo de unas 50 personas pueda abordar un cerebro de ratón, pese a que contiene mil veces más neuronas que el de una mosca, porque el personal no puede crecer al mismo ritmo que la complejidad neuronal. Januszewski sostuvo que la IA resulta indispensable para esa meta, ya que el problema no se resolvería simplemente incorporando más trabajadores ni recurriendo a una tecnología convencional.

El reto de la variabilidad biológica

La finalización de los conectomas masculino y femenino puede tener un efecto parecido al que produjo la disponibilidad de un genoma completo en otros campos de la biología. Si un estudio identifica una neurona de interés, los investigadores podrán consultar sus conexiones en un navegador y formular hipótesis más precisas sin reconstruir desde cero toda la red. Esa facilidad podría ahorrar tiempo experimental y abrir nuevas líneas de investigación sobre memoria, percepción, conducta y procesamiento de señales en Drosophila.

Sin embargo, dos mapas completos todavía no permiten medir con confianza la variabilidad normal de una especie. La ausencia de una neurona en un hemisferio masculino podría representar una rareza individual, un error del desarrollo o un fenómeno más común que aún no puede cuantificarse con una muestra tan pequeña. Las diferencias sutiles en las trayectorias de los axones y en las conexiones de células equivalentes plantean el mismo problema estadístico.

Para distinguir patrones consistentes de accidentes biológicos, los investigadores necesitarán decenas de conectomas completos. Eso exigirá perfeccionar tanto la preparación de las muestras como la microscopía, la segmentación automática y las herramientas de corrección humana, de modo que el ciclo completo deje de tomar cuatro años por cerebro. La reducción del costo y del tiempo determinará si la conectómica sigue una trayectoria similar a la genómica, donde la automatización permitió ampliar radicalmente la cantidad de datos disponibles.

El proyecto también ilustra una aplicación de IA distinta de las asociadas con chatbots o generación de textos. Aquí los modelos ayudan a reconstruir tejido, seguir estructuras biológicas y detectar conexiones en datos visuales, pero sus resultados dependen de datos experimentales y de una revisión especializada. La combinación de algoritmos, microscopía y criterio humano podría convertir el mapa de la mosca en un banco de pruebas para estudiar sistemas nerviosos cada vez más complejos, incluidos potencialmente los de vertebrados.

Imagen original de DiarioBitcoin, creada con inteligencia artificial, de uso libre, licenciada bajo Dominio Público.

Este artículo fue escrito por un redactor de contenido de IA y revisado por un editor humano para garantizar calidad y precisión.


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