Si alguna vez pensaste que una mosca simplemente vuela sin rumbo, aterriza en tu comida y desaparece misteriosamente cuando intentas matarla, resulta que la realidad es bastante más interesante.
Detrás de esos movimientos aparentemente caóticos existe un sistema nervioso capaz de procesar información visual, olfativa y auditiva, tomar decisiones y coordinar movimientos.
Y ahora los científicos tienen algo que hasta hace relativamente poco parecía ciencia ficción: un mapa detallado de prácticamente todo ese sistema.
Google Research, en colaboración con investigadores del Howard Hughes Medical Institute (HHMI) Janelia Research Campus, la Universidad de Cambridge y otros colaboradores, presentó un conectoma completo del sistema nervioso central de una mosca de la fruta macho (Drosophila melanogaster).
El resultado: más de 166,000 neuronas y aproximadamente 125 millones de conexiones sinápticas representadas en un mapa tridimensional.
Y sí, estamos hablando de una mosca.
Pero precisamente ahí está lo interesante.
¿Qué significa «mapear un cerebro»?
Aquí aparece una palabra que parece sacada directamente de una película de ciencia ficción: conectoma.
Un conectoma es, simplificando mucho, el mapa de las conexiones neuronales de un sistema nervioso.
Si el cerebro fuera una gigantesca red informática, las neuronas serían los nodos y las conexiones entre ellas serían algo parecido a los enlaces de comunicación.
Pero hay una diferencia importante.
No basta con saber que existen determinadas neuronas. Los investigadores quieren saber:
- dónde está cada neurona;
- con qué otras neuronas se conecta;
- dónde se encuentran esas conexiones;
- qué tipo de neurona es;
- y cómo se organiza todo el circuito.
El resultado se parece menos a una fotografía del cerebro y más a un diagrama de cableado gigantesco en 3D.
Y ese diagrama puede ser explorado digitalmente por los investigadores.
La mosca tiene un «cerebro» mucho más complicado de lo que parece
La especie utilizada es Drosophila melanogaster, la famosa mosca de la fruta.
Este pequeño insecto lleva décadas siendo una de las estrellas de la investigación biológica porque tiene un ciclo de vida corto, es relativamente sencillo de estudiar y presenta comportamientos suficientemente complejos como para convertirlo en un excelente modelo experimental.
De hecho, los investigadores llevan años utilizando Drosophila para estudiar genética, comportamiento y neurociencia.
La diferencia ahora es que ya no estamos observando solamente neuronas individuales.
Podemos empezar a observar el sistema completo.
El nuevo mapa incluye el cerebro, los lóbulos ópticos y el cordón nervioso ventral, una estructura que puede compararse funcionalmente —con muchas diferencias, obviamente— con la médula espinal de los vertebrados.
Esto es especialmente importante porque permite seguir el recorrido de la información mucho más lejos.
Por ejemplo:
Ojo → procesamiento visual → cerebro → cordón nervioso → neuronas motoras → movimiento
En otras palabras, los científicos pueden empezar a estudiar el circuito completo que transforma una percepción en una acción.
Y aquí entra la IA de Google
La parte particularmente interesante para quienes vivimos en el mundo tecnológico es que hacer este mapa manualmente sería una auténtica pesadilla.
Para construir un conectoma hay que obtener imágenes de altísima resolución mediante microscopía electrónica y después reconstruir las neuronas tridimensionalmente.
El problema es que las neuronas están entrelazadas.
Una prolongación microscópica puede atravesar enormes cantidades de imágenes y hay que determinar a qué neurona pertenece.
Aquí entra el aprendizaje automático.
Google Research desarrolló herramientas capaces de analizar las imágenes y reconstruir automáticamente estructuras neuronales en 3D. Entre las técnicas utilizadas están las denominadas flood-filling networks y sistemas más recientes como PATHFINDER.
Pero, y esto es importante, la IA no hizo todo el trabajo sola.
Los resultados fueron revisados, corregidos y anotados por expertos humanos de Janelia y Cambridge.
Es decir:
Microscopía electrónica + computación + IA + revisión humana
Una combinación bastante más útil que simplemente decir «la IA lo hizo».
166,000 neuronas y 125 millones de conexiones
Las cifras son probablemente lo más impresionante.
El nuevo conectoma contiene:
| Elemento | Magnitud aproximada |
|---|---|
| Neuronas | 166,000+ |
| Conexiones sinápticas | 125 millones |
| Sistema representado | Cerebro + lóbulos ópticos + cordón nervioso |
| Especie | Drosophila melanogaster macho |
| Proyecto | Más de una década |
Y esto es solamente una mosca.
El cerebro humano contiene alrededor de 86,000 millones de neuronas.
Eso pone las cosas en perspectiva.
Pasar de una mosca a un humano no es simplemente «hacer el mismo proceso pero con una computadora más potente».
Es otro nivel de complejidad.
Lo realmente interesante: entender el comportamiento
El objetivo no es construir una bonita imagen tridimensional de una mosca para ponerla de fondo de pantalla.
El verdadero objetivo es descubrir cómo una red de neuronas produce un comportamiento.
Por ejemplo, los investigadores pueden estudiar circuitos relacionados con:
- percepción visual;
- olfato;
- movimiento;
- alimentación;
- cortejo;
- agresividad;
- navegación;
- respuestas ante estímulos.
Y el nuevo mapa permite estudiar diferencias entre los sistemas nerviosos de machos y hembras.
Esto resulta especialmente interesante para investigar comportamientos sociales y reproductivos que presentan diferencias entre ambos sexos.
En lugar de estudiar una neurona aislada y preguntarse qué hace, ahora es posible seguir circuitos completos.
Google ya había estado aquí antes
Aunque la noticia pueda parecer repentina, este proyecto no comenzó ayer.
Google lleva años trabajando en connectomics, utilizando aprendizaje automático para reconstruir circuitos neuronales.
En 2020, Google y Janelia publicaron un mapa de aproximadamente la mitad del cerebro central de una mosca, con unos 25,000 neuronas y 21 millones de conexiones, que en aquel momento representaba un avance enorme.
En 2024 llegó otro salto importante: investigadores del consorcio FlyWire publicaron el conectoma completo del cerebro de una mosca adulta hembra, con 139,255 neuronas y más de 50 millones de sinapsis.
Ahora el proyecto da otro paso al incorporar el sistema nervioso central masculino completo.
Y eso permite algo especialmente valioso:
comparar ambos sistemas nerviosos.
De una mosca a un cerebro humano: todavía estamos muy lejos
Aquí conviene bajar un poco el hype.
Tener el conectoma de una mosca no significa que estemos a punto de descargar nuestro cerebro en una computadora.
Ni que Google vaya a lanzar próximamente:
«Google Brain: ahora puedes hacer backup de tu personalidad».
Ojalá.
El cerebro humano es varios órdenes de magnitud más complejo.
Además, un conectoma representa principalmente la estructura de las conexiones. Tener un mapa del cableado no significa que sepamos automáticamente qué está pensando el organismo.
Es parecido a tener los planos eléctricos de una computadora.
Puedes saber dónde están los cables y qué componentes están conectados, pero todavía necesitas entender qué está ejecutando el sistema.
El siguiente gran desafío: pasar del mapa a la simulación
Aquí es donde la investigación se vuelve especialmente interesante para el mundo tecnológico.
Si tenemos:
estructura neuronal + conexiones + comportamiento + actividad neuronal
podemos empezar a construir modelos computacionales capaces de reproducir determinados comportamientos.
De hecho, investigadores ya han utilizado modelos computacionales basados en los circuitos neuronales de Drosophila para estudiar cómo el sistema nervioso transforma información sensorial en acciones.
Esto también conecta directamente con un área que está creciendo rápidamente:
la relación entre neurociencia e inteligencia artificial.
Las redes neuronales artificiales no son copias exactas del cerebro, pero estudiar cómo los sistemas biológicos procesan información puede proporcionar nuevas ideas sobre cómo diseñar sistemas artificiales.
Y ocurre también al revés.
Las herramientas de IA están permitiendo estudiar cerebros que anteriormente eran demasiado complejos para analizar manualmente.
¿Y qué tiene que ver todo esto con nosotros?
Mucho más de lo que parece.
La mosca no tiene un cerebro humano, evidentemente.
Pero muchos principios básicos de los sistemas nerviosos son compartidos entre diferentes especies.
Además, Drosophila ha sido utilizada durante décadas para estudiar genes y mecanismos biológicos relacionados con enfermedades humanas.
Por eso, comprender cómo se organizan sus circuitos puede proporcionar pistas sobre principios más generales de funcionamiento neuronal.
El propio Google señala que estos mapas forman parte de un camino hacia comprender cómo los sistemas nerviosos perciben el mundo, procesan información y producen respuestas.
El cerebro como código fuente
Quizá la mejor manera de entender este avance desde una perspectiva tecnológica sea imaginar que los científicos acaban de conseguir algo parecido a esto:
Antes:
«Sabemos qué componentes existen y podemos observar algunas partes del sistema.»
Ahora:
«Tenemos el diagrama completo del cableado y podemos recorrerlo.»
El siguiente paso es todavía más difícil:
«Ahora queremos entender qué hace cada parte del programa.»
Y ahí está la verdadera revolución.
Porque mapear un cerebro es solamente el comienzo.
El reto realmente interesante es descubrir cómo unas simples conexiones físicas terminan produciendo percepción, memoria, decisiones y comportamiento.
La mosca acaba de entregarnos uno de los mejores laboratorios posibles para empezar a responder esa pregunta.
Y, curiosamente, una de las tecnologías que está ayudando a conseguirlo es la misma que llevamos años intentando comprender nosotros: la inteligencia artificial.
