Científicos trazan el mapa de los 500 millones de conexiones que permiten ver a los ratones
Por primera vez, científicos han mapeado en detalle el cableado y la actividad simultánea del cerebro de un mamífero, lo que abre la puerta a una nueva era en neurociencia.
Por Enrique Coperías
Aunque diminuto en comparación con el cerebro humano (izquierda), mapear incluso un pequeño fragmento del cerebro de un ratón (derecha) supone un avance clave hacia entender y tratar los trastornos neurológicos. Cortesía: Amy Sterling
¿Qué pasaría si pudiéramos ver, en una misma imagen, tanto el cableado del cerebro como su funcionamiento en tiempo real? Esta visión, durante mucho tiempo considerada una fantasía científica, ha comenzado a materializarse.
Gracias al trabajo titánico del consorcio internacional MICrONS, hoy contamos con el mapa más completo y detallado jamás creado de la conectividad neuronal y la actividad cerebral de una porción del cerebro de un mamífero: un milímetro cúbico de la corteza visual de un ratón.
Tras nueve años de trabajo ininterrumpido, más de 150 investigadores de veintidós instituciones han conseguido algo sin precedentes: reconstruir más de 75.000 neuronas y sus más de 500 millones de sinapsis mientras registraban su comportamiento funcional durante la percepción visual.
Esta iniciativa, financiada principalmente por los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de Estados Unidos y la Oficina de Inteligencia Nacional, es considerada una de las bases de la neurociencia del futuro.
Un hito equiparable al proyecto Genoma Humano
Francis Crick, el célebre codescubridor del ADN, escribió en 1979 que era inútil pedir «el diagrama exacto del cableado neuronal de un milímetro cúbico de tejido cerebral y la forma en que todas sus neuronas se disparan». Aquella observación, que parecía una advertencia, se ha convertido en un reto superado.
«El conectoma es el comienzo de la transformación digital de la neurociencia— afirma Sebastian Seung, neurocientífico de Princeton y uno de los líderes del proyecto. Y añade en un comunicado de la universidad—: Antes, obtener cierta información tomaba años o requería una tesis doctoral entera. Hoy, con unos pocos clics, puedes acceder a ella en cuestión de segundos».
Seung compara el impacto potencial de este mapa cerebral con el que tuvo el proyecto Genoma Humano, fundado en 1990, para la medicina moderna. Así como el genoma permitió personalizar tratamientos médicos y entender enfermedades hereditarias, el conectoma ofrece una base sólida para estudiar trastornos neurológicos desde una perspectiva estructural.
Un mapa cerebral sin precedentes: estructura y función unidas
Este estudio va más allá de los mapas estáticos del cerebro. No solo muestra cómo están conectadas las neuronas, sino también cómo se comportan mientras el ratón procesa estímulos visuales. Para ello, se utilizó una combinación de tecnologías avanzadas: imágenes de calcio in vivo para registrar la actividad neuronal y microscopía electrónica para reconstruir la estructura tridimensional del tejido cerebral.
El trabajo abarca una región de aproximadamente un milímetro cúbico de la corteza visual del ratón, que incluye la corteza visual primaria (VISp) y otras tres áreas visuales superiores (VISrl, VISal y VISlm).
Durante los experimentos, el ratón permanecía despierto, corriendo en una cinta mientras veía una selección de vídeos —que incluían escenas de The Matrix, Mad Max: Fury Road y deportes extremos—. Esto permitió registrar cómo las neuronas de la corteza visual se activaban en respuesta a estímulos dinámicos y complejos.
Una vez terminado el registro funcional, el cerebro fue loncheado en cerca de 28.000 capas ultrafinas, de solo 40 nanómetros de espeso, que fueron escaneadas con microscopía electrónica de transmisión. A partir de allí, el equipo de Seung desarrolló algoritmos de inteligencia artificial (IA) capaces de identificar y segmentar cada célula, axón y sinapsis. El proceso fue posteriormente validado por humanos en una tarea de minuciosa revisión o proofreading.
Lo que revela el conectoma del ratón
Uno de los hallazgos más llamativos es la denominada conectividad like-to-like: las neuronas tienden a conectarse con otras que tienen respuestas similares a los estímulos visuales, incluso si están en regiones distintas del cerebro. Este patrón sugiere que la organización funcional del cerebro está estrechamente ligada a su arquitectura física.
También se han distinguido tipos específicos de neuronas inhibidoras —como las células Martinotti— y vinculado sus conexiones con perfiles genéticos conocidos. Así, se abren nuevas posibilidades para entender enfermedades como la esquizofrenia y el autismo, en las que podrían existir alteraciones en la conectividad neuronal.
«Esta tecnología nos da la primera oportunidad real de identificar patrones anormales de conectividad que podrían originar un trastorno», explica Seung. Esto es especialmente prometedor para condiciones neurológicas con base en la microestructura cerebral.
En 1979, el eminente biólogo Francis Crick dijo: «Es inútil pedirles [a los neurocientíficos] lo imposible, como, por ejemplo, el diagrama exacto del cableado de un milímetro cúbico de tejido cerebral y la forma en que se disparan todas sus neuronas». Cuarenta y seis años después, ese diagrama de cableado exacto está completo. Cortesía: Tyler Sloan / Quorumetrix Studio
La neurociencia entra en la era digital
Uno de los aspectos más innovadores del proyecto MICrONS es la creación de un gemelo digital del cerebro del ratón: un modelo computacional de alta fidelidad que replica tanto la estructura como la función neuronal. Este modelo permite explorar hipótesis sin necesidad de repetir experimentos en animales, y ofrece una plataforma para simulaciones cerebrales realistas.
«El cerebro es ese tejido biológico dentro de nuestras cabezas que nos permite ver, sentir y tomar decisiones —comenta Andreas Tolias, neurocientífico de Stanford y colíder del proyecto. Y continúa—: Lo que hace única a esta base de datos es que, en un solo experimento, hemos unido estructura y función».
Para Tolias, este mapa cerebral es apenas el punto de partida: «Estos descubrimientos son solo la punta del iceberg».
Una herramienta al alcance de todos
Todos los datos están disponibles públicamente en microns-explorer.org, una plataforma con herramientas para navegar por las neuronas, examinar sus sinapsis, descargar registros de actividad cerebral y visualizar el cableado neuronal.
Esta política de acceso abierto permite que los hallazgos se multipliquen y que la comunidad científica trabaje de manera colaborativa.
Además, los investigadores pueden proponer zonas del cerebro para ser revisadas en mayor profundidad, acelerando así el descubrimiento de nuevas conexiones o patrones.
H. Sebastian Seung, catedrático de Neurociencia de la Universidad de Princeton y profesor de informática. Cortesía: Matthew Raspanti, Office of Communications
Un punto de partida, no de llegada
Aunque este volumen representa solo una milésima parte del cerebro del ratón, es unas veinte veces más grande que el conectoma completo de la mosca Drosophila, publicado en 2023. Pasar de aquí a un conectoma humano completo requerirá décadas de investigación, recursos y avances tecnológicos.
Thomas Macrina, fundador de Zetta AI, lo resume así: «Cada experimento en neurociencia debería referenciar un conectoma. Es la base física sobre la que se asientan las funciones mentale».
Por su parte, J. Alexander Bae, otro investigador principal, recuerda: «Era una idea audaz. Tuvimos que inventar muchas herramientas desde cero. Fue doloroso. Pero lo logramos».
Y este es solo el principio. En palabras deSeung, «estamos entrando en una nueva era de simulaciones cerebrales realistas. La próxima gran pregunta será: ¿podremos algún día simular un cerebro humano completo? ¿Y si lo logramos, será consciente?».
Ante esta cuestión, Seung sonríe: «No tengo más autoridad que tú para responder eso. Pero cuando alguien me dice que una simulación no puede ser consciente, yo les pregunto: ¿Y cómo sabes que tú no eres una simulación?».
Así, lo que alguna vez pareció imposible, como decía Crick, hoy se convierte en realidad: por fin estamos en condiciones de ver cómo se conectan las neuronas y qué hacen, célula por célula, mientras un cerebro vivo piensa, ve y siente.▪️
Los investigadores desentrañaron digitalmente decenas de miles de neuronas individuales en forma de árbol, trazaron el sistema de ramificaciones de cada neurona y las reconstruyeron una a una en una vasta red de más de 500 millones de conexiones, lo que los científicos denominan conectoma.
Información facilitada por la Princeton University
Fuente: The MICrONS Consortium et al. Functional connectomics spanning multiple areas of mouse visual cortex. bioRxvi (2025). DOI: https://doi.org/10.1101/2021.07.28.454025
