El diagrama de cableado del gusano puede ayudarnos a entender nuestro propio sistema nervioso
Hace más de 30 años, un equipo de científicos rastreó minuciosamente las conexiones entre 302 células nerviosas en hermafroditas. Caenorhabditis elegans insecto. Pero solo ahora las personas comienzan a hacer lo mismo con los hombres.
Un nuevo mapa, publicado en naturaleza, representa el primer diagrama de cableado completo de ambos sexos en animales. El llamado conectoma muestra qué neuronas están conectadas a otras neuronas, los músculos y otras funciones que controlan y la fuerza de esas conexiones. Los planes de cableado permiten a los investigadores comprender mejor cómo estas criaturas perciben su entorno y responden a él.
«Proporciona un grado de integridad en la comprensión de toda la estructura del sistema nervioso animal a un nivel sin precedentes», dijo Douglas Portman, profesor asociado de la Universidad de Rochester, que no participó en el estudio pero escribió un comentario. lo.
En comparación con versiones anteriores, este es un conectoma 2.0 que proporciona una base importante para comprender sistemas nerviosos más complejos como el nuestro, dijo Portman.
Algunos de los circuitos recién dibujados tienen implicaciones directas para el comportamiento humano, dijo Scott Emmons, autor principal del artículo. Muchos de los genes involucrados en enfermedades humanas como la esquizofrenia y el autismo son los mismos que determinan cómo se conectan las neuronas en C. elegans, dijo. «Cualquier cosa que podamos aprender sobre cómo estas funciones lo ayudará a adivinar qué podría estar haciendo en el cerebro humano», dijo.
Un conectoma anterior, publicado en 1986, examinó cada sinapsis, el punto de conexión entre las células nerviosas. El nuevo mapa incluye la ubicación física de cada conexión y una medida de la fuerza de un enlace de red dado, que, como escribió Portman en su reseña, parece «una telaraña al acecho detrás de un armario de escobas».
El nuevo trabajo vuelve a examinar el diagrama de cableado del hermafroditismo y también encuentra diferencias sorprendentes entre los sexos, incluidos los circuitos de comportamiento que no están directamente relacionados con la reproducción. Caenorhabditis elegans Emmons, profesor de genética y neurociencia en el Colegio de Medicina Albert Einstein en Nueva York, dijo que las «hembras» son hermafroditas y pueden producir suficiente esperma para producir 300 crías por sí mismas. Pero también se reproducen con machos de la especie, en la que desempeñan el papel de hembras. Para que los machos transmitan su código genético, necesitan hardware adicional para encontrar e inseminar a una pareja. No está claro por qué hay tantas diferencias sexuales en este vínculo, que claramente se extiende más allá de la función reproductiva, dijo Emmons.
Los hermafroditas tienen 302 neuronas conectadas a 132 músculos y otros 26 sitios, como el intestino, las gónadas y la piel.En cambio, los hombres Caenorhabditis elegans Tiene 385 neuronas conectadas a 155 músculos y otros 39 lugares, encontró el estudio.
Investigadores anteriores examinaron el hermafroditismo, pero el trabajo fue tan arduo que el laboratorio no se movió a los machos, aunque ha tomado imágenes de ambos sexos. En 1999, Emmons pensó que sería útil tener diagramas de cableado para ambos sexos, pero no fue hasta 2012 que publicó un escrutinio de la cola del macho, el área más distinta de la de la hembra. En el nuevo artículo, Emmons y sus colegas completaron todo el gráfico masculino y recrearon la versión femenina para garantizar que los mapas fueran comparables.
Olaf Sporns, profesor del Departamento de Ciencias Psicológicas y del Cerebro de la Universidad de Indiana, dijo que si bien el nuevo esfuerzo no es perfecto y aún falta información sobre la importancia de conexiones específicas, aún vale la pena el esfuerzo. laboral.Comprender cómo funciona el sistema nervioso requiere descubrir cómo se conectan los diversos elementos del sistema, dice, «que realmente no puede ser de otra manera». Caenorhabditis elegans.«
Aunque la tecnología ha avanzado claramente desde la investigación anterior, el trabajo aún no se puede automatizar. Cada curva y golpe en cada neurona tiene que ser registrado por alguien haciendo clic con el mouse. Luego, el software facilita esta parte de la tarea al mapear cada neurona y sus conexiones, dijo Emmons.
Pero quizás el mensaje más importante de este esfuerzo es cuán complejo puede ser un conectoma modesto. «En comparación con otros animales, el gusano puede ser simple en términos de número de células, pero su comportamiento no lo es», dijo Emmons. «Tiene la capacidad de aprender, tiene memoria, tiene sentido del miedo, puede comprender la presencia de depredadores y escapar de ellos, puede navegar hacia la comida, puede encontrar el sexo opuesto y, una vez que lo encuentra, sabe cómo lidiar con eso».
La complejidad es humillante, dijo Paul Sternberg, profesor de biología en Caltech en Pasadena, quien fue un ex postdoctorado de Emmons que revisó el artículo pero no participó en la escritura. «Si vamos a obtener información sobre nosotros mismos, va a pasar mucho, mucho tiempo», dijo. Sin embargo, incluso si faltan más de 50 años, vale la pena intentar mapear el conectoma humano, dijo. El conectoma nunca responderá a todas nuestras preguntas sobre cómo funciona el cerebro, dijo Sternberg, pero es parte de la respuesta.
«Si un solo gusano puede hacer tanto con tan pocas neuronas, y tenemos órdenes de magnitud de más neuronas», dijo Sternberg, «entonces seríamos geniales».
