Un nuevo y enorme conjunto de datos empuja las fronteras de la neurociencia


Juan Gaertner/Getty Images Hay un video que se muestra en casi todos los cursos de introducción a la neurociencia. No parece gran cosa: una barra de luz que se mueve y gira sobre una pantalla negra mientras el audio de fondo salta y crepita como el sonido de fuegos artificiales distantes. Cosas secas, hasta que te enteras de que el estallido representa el disparo de una sola neurona en el cerebro de un gato, viendo cómo se mueve la barra en la pantalla. Cuando la barra llega a cierto punto y ángulo, el estallido estalla en un gran final de actividad frenética. El mensaje es claro: esta neurona está realmente interesada en esa barra. El experimento que se muestra en el video fue realizado por David Hubel y Torsten Wiesel en la década de 1960 y ayudó a los científicos a derivar principios fundamentales sobre cómo funciona el sistema visual. Durante décadas, los neurocientíficos han clavado delgados electrodos de metal en el cerebro de ratones, pinzones y monos para espiar neuronas individuales y descubrir qué las desencadena. Hay neuronas que responden a colores o formas específicas; oa lugares específicos en el espacio o en la dirección de la cabeza; oa rostros completos o rasgos individuales.
Por muy poderoso que sea un motor como el análisis unicelular, «todo el mundo siempre quiso más neuronas», dice Anne Churchland, profesora de neurobiología en la Universidad de California, Los Ángeles. Una de las razones de esto fueron las estadísticas simples: más observaciones siempre son mejores, independientemente del experimento. Pero los científicos también encontraron muros analíticos al observar las neuronas individualmente. En la corteza prefrontal, la región en la parte frontal del cerebro que juega un papel importante en la planificación, la toma de decisiones y el comportamiento social, las neuronas responden a una variedad tan amplia de cosas (señales visuales, tareas, decisiones) que los investigadores no han sido capaz de hacer esto Al menos individualmente asignarles un rol específico. Incluso en la corteza visual primaria, el área muy atrás en el cerebro donde Hubel y Wiesel hicieron sus grabaciones, solo una fracción de las neuronas se dispara cuando el animal mira las barras alineadas. Utilizando las técnicas de Hubel y Wiesel, era imposible observar más de un puñado de neuronas a la vez. Pero los ingenieros han seguido impulsando esta capacidad, que culminó con el desarrollo de sondas de neuropíxeles en 2017. Una sola sonda hecha de silicio, de un centímetro de largo, puede escuchar cientos de neuronas a la vez y es lo suficientemente pequeña como para que los neurocientíficos puedan insertar varias de ellas en el cerebro de un animal. En el Instituto Allen, un instituto de investigación sin fines de lucro fundado por el cofundador de Microsoft, Paul Allen, utilizaron seis sondas de neuropíxeles para registrar simultáneamente ocho regiones diferentes del sistema visual del ratón. En agosto, el instituto publicó datos de 81 ratones que cubrían la actividad de unas 300.000 neuronas. Los datos están disponibles gratuitamente para cualquier investigador que desee utilizarlos. Como el conjunto de datos más grande de su tipo jamás recopilado, tres veces el tamaño del poseedor del récord anterior, la publicación permite a los investigadores observar grandes grupos de neuronas que actúan juntas. Esta escala sin precedentes puede abrir posibilidades para comprender partes de la cognición que anteriormente eludían la comprensión de la comunidad científica. “Queremos entender cómo pensamos, vemos y tomamos decisiones”, dice Shawn Olsen, investigador del Instituto Allen que desempeñó un papel central en el proyecto. “Y simplemente no sucede a nivel de las neuronas individuales.” El desafío ahora es descubrir cómo analizar todos estos datos. Grandes conjuntos de datos no son fáciles de manejar; incluso compartir y descargar puede ser difícil. Por complicado que sea el análisis, trabajar con tales conjuntos de datos vale la pena para muchos investigadores porque les permite estudiar el cerebro en sus propios términos. Para Hubel y Wiesel, el cerebro parecía una cadena de montaje: grupos de neuronas, cada una especializada en una función específica, se dividen y conquistan cada tarea. Muestre a alguien un globo rojo y las neuronas sensibles al rojo y los círculos responderán de forma independiente. Pero ese enfoque nunca se ajustó realmente a cómo funciona el cerebro: está tan densamente conectado que ninguna neurona actúa aisladamente. “El cerebro no mira una neurona a la vez”, dice Stefano Fusi, profesor de neurociencia en la Universidad de Columbia. “Las neuronas, miran miles de otras neuronas. Así que deberíamos tomar la misma perspectiva”.

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