El cerebro humano es una supercomputadora misteriosa. Miles de millones de neuronas zumban dentro de una intrincada red que controla todos nuestros pensamientos, sentimientos y movimientos. Y apenas hemos comenzado a entender cómo funciona todo.
Para conquistar el rompecabezas de la mente humana, los investigadores del Centro de Investigación de Redes Complejas de Northeastern comienzan con modelos más simples. El cerebro de un gusano nematodo, por ejemplo, tiene alrededor de 300 neuronas y 2200 sinapsis.
Usando el nematodo como un sistema de prueba, los científicos de CCNR han pasado los últimos años entendiendo cómo una red se controla a sí misma, por ejemplo, qué neuronas individuales en el cerebro del gusano están a cargo de un movimiento hacia atrás. Y en una investigación publicada en línea en Naturalezadescriben por primera vez su capacidad para predecir, probar y confirmar con detalles sin precedentes cómo el cerebro de un nematodo controla la forma en que se mueve.
«Estoy encantado de tener la primera confirmación experimental directa de los principios de control», dijo Albert-László Barabási, profesor Robert Gray Dodge de ciencia de redes y profesor distinguido de física de la Universidad, y director del Centro de Investigación de Redes Complejas. «Y estoy igualmente emocionado de que nos haya ofrecido una forma de predecir sistemáticamente, con una precisión excepcional, las neuronas que están involucradas en procesos específicos».
Los investigadores del laboratorio de Barabási estudiaron el cerebro del nematodo, que ha sido mapeado neurona por neurona, sinapsis por sinapsis. Desarrollaron una teoría para predecir con precisión qué neuronas controlarían tipos específicos de locomoción: la capacidad del gusano para retorcerse y desplazarse. Luego, colegas del Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica en Cambridge, Inglaterra, probaron las predicciones matando neuronas individuales del cerebro del nematodo con un láser. Luego midieron los efectos de estas «microcirugías» en el comportamiento.
«Sorprendentemente, las predicciones se confirmaron, respaldando la teoría y brindando una nueva perspectiva sobre cómo las neuronas individuales controlan los movimientos del cuerpo», dijo William Schafer, científico del laboratorio MRC que dirigió los experimentos con láser.
Este es un primer paso importante hacia lo que Emma Towlson, investigadora postdoctoral en CCNR y una de las autoras principales del estudio, llama «el sueño». Un día, los investigadores podrán traducir una versión del modelo de control de nematodos al cerebro humano. Esto cambiaría la vida de los pacientes con parálisis cerebral, la enfermedad de Lou Gehrig y otras dolencias que conducen a la pérdida de la función muscular.
«Podríamos, en teoría, convertir algo que es incontrolable en algo controlable. Esta es la ambición máxima, pero hay un gran salto en el medio», dijo Towlson.
Para dar sentido al cerebro del nematodo, Towlson creó un mapa de las conexiones entre las neuronas y los músculos. Le sorprendió la relativa sencillez del modelo, compuesto por unos y ceros que indicaban si había o no conexión. Los investigadores también hicieron una serie de suposiciones con respecto a los parámetros biológicos.
«Y todavía sale con este nivel de predicción», dijo Towlson. «Eso me sorprende. En mi mente, eso dice que realmente estamos llegando a algo fundamental».
En el futuro, a Towlson le gustaría examinar la red del cerebro de los nematodos con más detalle. Sabe qué neuronas controlan qué músculos y sus movimientos correspondientes. Pero, ¿cuánta energía y tiempo requiere un movimiento en comparación con otro? ¿Eso explica por qué los gusanos se mueven de la forma en que lo hacen?
Towlson también quiere aplicar los principios de control a otros modelos.
«Creo que los próximos pasos sensatos para nosotros son el pez cebra, tal vez el ratón y luego el ser humano», dijo Towlson. «El cerebro humano es siempre el último sueño».
