La pequeña mosca de la fruta nos enseña cómo funciona el cerebro humano

Cabeza de la Drosophila Melanogaster

El hombre debería saber que del cerebro, y no de otro lugar vienen las alegrías, los placeres, la risa y la broma, y también las tristezas, la aflicción, el abatimiento, y los lamentos.

Hipócrates, (Cos, 460 a.C.- Larisa, 377 a.C.), Sobre la enfermedad sagrada (Perì hierēs nousou).

Sevilla, 3/X/2024

Ayer se publicó en la prestigiosa revista Nature, un avance científico espectacular para conocer cómo funciona el cerebro humano, gracias al trabajo en laboratorio sobre el cerebro de una “laureada” mosca de la fruta, hembra por más señas, para obtener el primer mapa completo de sus conexiones neuronales. Se ha llevado a cabo por científicos del Consorcio FlyWire, cortando el pequeño cerebro de esta mosca, en unas siete mil rebanadas de 40 nanómetros de espesor y cartografiando después, mediante microscopía electrónica, los 54,5 millones de conexiones de sus 139.255 neuronas. Una vez más, podríamos repetir hoy la frase que nos conmovió al pisar por primera vez la luna un humano, el astronauta Neil Armstrong, el 20 de julio de 1969: “Un pequeño paso para el hombre, un gran salto para la humanidad”. No en vano, no hay que olvidar tampoco que esta mosca fue el primer animal enviado al espacio, una experimentada “astronauta” en toda regla.

En el artículo citado de Nature, su resumen científico aclara los objetivos pretendidos: «Las conexiones entre neuronas se pueden mapear adquiriendo y analizando imágenes cerebrales obtenidas mediante microscopio electrónico. En los últimos años, este enfoque se ha aplicado a fragmentos de cerebros para reconstruir mapas de conectividad local que son muy informativos pero, sin embargo, inadecuados para comprender la función cerebral de manera más global. Aquí presentamos un diagrama de cableado neuronal de un cerebro completo que contiene 5 × 10 sinapsis químicas [54,5 millones de conexiones] entre 139.255 neuronas reconstruidas a partir de una hembra adulta de Drosophila melanogaster. El recurso también incorpora anotaciones de clases y tipos de células, nervios, hemilineajes y predicciones de identidades de neurotransmisores. Los productos de datos están disponibles para descarga, acceso programático y navegación interactiva y se han hecho interoperables con otros recursos de datos de moscas. Derivamos un proyectoma (un mapa de proyecciones entre regiones) a partir del conectoma e informamos sobre el rastreo de las vías sinápticas y el análisis del flujo de información desde las entradas (neuronas sensoriales y ascendentes) hasta las salidas (neuronas motoras, endocrinas y descendentes) a través de ambos hemisferios y entre el cerebro central y los lóbulos ópticos. El rastreo desde un subconjunto de fotorreceptores hasta las vías motoras descendentes, ilustra cómo la estructura puede descubrir supuestos mecanismos de circuitos subyacentes a los comportamientos sensoriomotores. Las tecnologías y el ecosistema abierto que se describen aquí preparan el terreno para futuros proyectos de conectomas a gran escala en otras especies».

El artículo publicado ayer en elDiario.es, Publican el primer atlas completo del cerebro de la mosca, un ‘Google Maps’ de las conexiones neuronales, es una excelente exposición del contenido principal del artículo citado y hace más accesible el lenguaje técnico de la sinopsis expuesta anteriormente.. Ánimo a leerlo para comprender el alcance de sus resultados, en beneficio del conocimiento exhaustivo del cerebro humano, al que personalmente he dedicado centenares de páginas en este cuaderno digital. Se pueden verificar a través del buscador y de una publicación de divulgación científica que hice en 2007, bajo el título Inteligencia digital. Introducción a la Noosfera digital. en el que recogí una cita maravillosa de Hipócrates de Cos, en la que ensalzaba el significado y significante del cerebro, palabras que suenan hoy como actuales y programáticas en el siglo del cerebro: “El hombre debería saber que del cerebro, y no de otro lugar vienen las alegrías, los placeres, la risa y la broma, y también las tristezas, la aflicción, el abatimiento, y los lamentos. Y con el mismo órgano, de una manera especial, adquirimos el juicio y el saber, la vista y el oído y sabemos lo que está bien y lo que está mal, lo que es trampa y lo que es justo, lo que es dulce y lo que es insípido, algunas de estas cosas las percibimos por costumbre, y otras por su utilidad…Y a través del mismo órgano nos volvemos locos y deliramos, y el miedo y los terrores nos asaltan, algunos de noche y otros de día, así
como los sueños y los delirios indeseables, las preocupaciones que no tienen razón de ser, la ignorancia de las circunstancias presentes, el desasosiego y la torpeza. Todas estas cosas las sufrimos desde el cerebro» (Hipócrates, Cos, 460 a.C.- Larisa, 377 a.C.), Sobre la enfermedad sagrada (Perì hierēs nousou).

La participación española en la investigación del cerebro humano ha sido y está siendo esencial en este siglo, al que denomino “siglo del cerebro”. Basta recordar al profesor Rafael Yuste, director actualmente del Centro de NeuroTecnología de la Universidad de Columbia (Nueva York)., cuyo querido proyecto “Brain”, auspiciado por Barak Obama durante su mandato presidencial, ha marcado un hito trascendental en la investigación del cerebro humano. Así lo contaba recientemente el profesor Yuste en unas declaraciones al Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares Carlos III (CNIC): «En septiembre de 2011 enviamos a la Administración Obama (Barak) una propuesta para llevar a cabo un proyecto similar al genoma humano, pero para el cerebro, a larga escala, con una duración de 15 años, y con una financiación parecida o mayor que la del Proyecto Genoma Humano. El objetivo era desarrollar técnicas para medir y mapear la actividad cerebral. Y el mismo día que le mandamos la propuesta, se la leyeron, y nos la devolvieron. ¡Les había encantado! Obama lo escogió como el proyecto estrella de ciencia de su Administración y se lo presentó y vendió al Congreso de Estados Unidos dos años más tarde, en 2013, con el objetivo de desarrollar métodos para avanzar la investigación cerebral, prosperar en la clínica y también para progresar en la economía. Este último argumento fue el que convenció a los congresistas». Personalmente, recuerdo con emoción las palabras que pronunció el presidente Obama, el 2 de abril de 2013, en el Discurso sobre el Estado de la Unión, liderado científicamente por el profesor Yuste, que le acompañaba en dicho acto, en una tarea ardua de dibujar el mapa del cerebro humano. La Administración de Estados Unidos programó una inversión de más de 120 millones de dólares para iniciar una investigación que permitiría conocer las causas de enfermedades como el Alzheimer, la epilepsia y el Parkinson. Esta inversión se estimó que se llevaría a cabo a un ritmo de aportación de 300 millones de dólares por año durante la vida del proyecto. En aquél acto oficial, Obama dijo que: “Hoy podemos identificar galaxias a años luz, o estudiar partículas más pequeñas que el átomo, pero todavía no hemos desvelado el misterio de las tres libras [unos 1.300 gramos] de materia que tenemos entre las orejas. […] La nuestra es una nación de soñadores, de gente que se arriesga. Los ordenadores, internet y otros avances germinaron con la financiación del Gobierno, y el próximo gran proyecto de Estados Unidos es la iniciativa del cerebro”. Brain es un proyecto que cuando nació tenía un horizonte de quince años, hasta el año 2028 en el que se estimaba que ya se podrá cartografiar con éxito total el cerebro y los circuitos neuronales. hecho que se confirma ahora, parcialmente pero como un gran avance sobre el proyecto general, con el cartografiado del cerebro de la mosca de la fruta, expuesto anteriormente. Se sabe que el proyecto nació anecdóticamente en un congreso en Chicheley, un pueblo entre Londres y Birmingham, en septiembre de 2011, en un debate entre Yuste y George Church, genetista del mapa del genoma humano. En ese encuentro científico Yuste afirmó que le gustaría registrar la actividad de todas las neuronas a la vez, capturar todos los impulsos eléctricos con los que se comunican entre ellas, para dibujar el mejor mapa posible del cerebro en movimiento (1).

En la actualidad, el proyecto Brain tiene un marcado carácter público por su financiación y directrices científicas, aunque la colaboración de grandes empresas ha sido siempre obvia, como se decía ya en 2011, por tener recursos suficientes para el tratamiento ingente de la información que, asombrosamente, procesa el cerebro todos los días: “La obsesión de que el plan sea público es para compartir, sin patentes, el mapa completo de toda la actividad neuronal en la web para que neurólogos, físicos y químicos investiguen. En enero, un grupo de científicos se reunieron con Google, Amazon y otras empresas para asegurarse de que habrá capacidad suficiente para almacenar en “una nube” los datos obtenidos. Cada millón de neuronas puede necesitar tres petabytes (tres millones de gigas) con lo que un cerebro entero puede ocupar hasta 300.000 petabytes. Los expertos californianos en datos ya han tranquilizado a los científicos: no hay problema y menos dentro de 15 años” (2). Una muestra de esta voluntad científica de carácter público y privado, es su participación económica y técnica en la investigación llevada a cabo sobre el cartografiado expuesto anteriormente. Lo expuesto hasta aquí es tecnología exponencial digital en estado puro, aunque como manifiesta el profesor Yuste las capacidades del cerebro siguen siendo desbordantes para las maquinas actuales y la inteligencia humana y artificial que las utilizan: los 100.000 mil millones de neuronas que ocupan el cerebro humano, en una superficie que pesa 1 kilo y 300 gramos, aproximadamente, contiene en la actualidad tres Internet mundiales en su capacidad de nodos intercomunicados, sinapsis digitales, podríamos llamar, con un gasto de potencia mínima, unos 20 watios por cerebro que, comparado con el gasto de energía actual de los granes centros de computación, no es ni siquiera imaginable como solución de futuro. ¡Cuánta inteligencia humana y cuánto sufrimiento humano también, en tan pequeña superficie y con un gasto de energía tan bajo! ¡Qué gran misterio por descubrir!. Este ejemplo real, es una gran lección de humildad investigadora ante el gran reto para la ética digital, que también existe y que avalo, en los avances espectaculares de la inteligencia artificial y el peligroso doble uso que la acompaña siempre..

Deseo resaltar, igualmente, que el profesor Yuste ha sido el gran promotor de que España participe de forma activa en el proyecto Brain, hecho que se materializó con la firma de un protocolo en diciembre de 2022, para la creación del Centro Nacional de Neurotecnología, Spain Neurotech​, entre el Ministerio de Asuntos Económicos y Transformación Digital, la Comunidad de Madrid y la Universidad Autónoma de Madrid, donde estará ubicado el centro. Entre sus objetivos está avanzar en el entendimiento del cerebro humano, desarrollar métodos diagnósticos y terapias para​ enfermedades del sistema nervioso, fomentar un ecosistema de innovación y emprendimiento, desarrollar reglas éticas y jurídicas necesarias para la aplicación de las nuevas tecnologías centradas en las personas, incorporando a la sociedad en las actividades científicas y, por último, atraer talento y formar nuevas generaciones de líderes en neurotecnología.

Una cosa más…, que decía Steve Jobs al finalizar sus intervenciones públicas. Con este artículo, deseo hacer un pequeño homenaje a la Naturaleza, que tanto maltratamos los humanos, concretamente a una gran protagonista, la mosca de la fruta, con un nombre científico que la engrandece, Drosophila melanogaster, muy conocida en el universo científico, porque ha sido esencial en la entrega de cinco premios Nobel, por diversas investigaciones en las que su participación ha sido crucial. Creo que es de justicia reseñarlos hoy, porque esta pequeña heroína ha entregado a la humanidad grandes avances científicos para el bienestar humano, gracias a investigadores que han entregado su vida para conocerla a fondo y en beneficio de la Humanidad: Thomas Hunt Morganen, premiado en 1933 por demostrar en la mosca de la fruta que los cromosomas son los portadores de los genes; Herman Muller, alumno de Morganen y Nobel en 1946, por descubrir que los genes de la mosca de la fruta podían mutar con la radiación; George Beadly y Edward Tatum, Nobel en 1958, por descubrir que los genes actúan regulando determinados eventos químicos; Edward B. Lewis, Christiane Nusslein-Volhard y Eric F. Wieschaus, también Premios Nobel en 1955, por el descubrimiento del rol de genes clave en el desarrollo del embrión de la drosophila, que también juegan un rol crucial en el desarrollo del embrión humano y, por último, Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash y Michael W. Young, en 2017, por la identificación de los mecanismos moleculares que controlan el ritmo circadiano, es decir, nuestro reloj biológico, a través de la investigación llevada a cabo con esa mosca tan laureada.

(1) Cobeña Fernández, J.A., El mundo digital es exponencial.

(2) Ramírez, María (2013, 2 de abril). Obama presenta con el español Rafael Yuste su proyecto para estudiar el cerebro. El Mundo, ed. digital.

CLÁUSULA ÉTICA DE DIVULGACIÓN: José Antonio Cobeña Fernández no trabaja en la actualidad para empresas u organizaciones religiosas, políticas, gubernamentales o no gubernamentales, que puedan beneficiarse de este artículo; no las asesora, no posee acciones en ellas ni recibe financiación o prebenda alguna de ellas. Tampoco declara otras vinculaciones relevantes para su interés personal, aparte de su situación actual de persona jubilada.

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