Neuronas ventrales descendentes de una mosca macho. Crédito: Inês de Haan Vicente

Cuando el investigador de nuestra red Carlos Ribeiro comenzaba su carrera posdoctoral no habría podido ni soñar con el logro que su grupo de investigación ha ayudado a materializar hoy: el primer conectoma completo e intacto del sistema nervioso central de un animal complejo adulto, el de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster). Este estudio sin precedentes ha contado con la colaboración internacional de varios laboratorios para descifrar cada parte del conectoma. El Laboratorio de Comportamiento y Metabolismo del Champalimaud Centre for the Unknown, que Ribeiro dirige y que se centra en la biología del gusto y la nutrición, ha liderado el primer mapa completo del sistema del gusto, que vincula las señales gustativas provenientes de todo el cuerpo con los circuitos que actúan sobre ellas, dentro de este gran estudio.

Para explicar este descubrimiento recurre a una clara metáfora: «Si quisieras entender cómo funciona un ordenador, no te limitarías a mirar la pantalla. Querrías ver el diagrama de circuitos para saber qué parte se comunica con cuál otra. El conectoma es ese diagrama, pero para un sistema nervioso». 

El mapa de una mente en cuatro capas

Este hito neurocientífico abarca 166.700 neuronas y decenas de millones de sinapsis en un mapa continuo de una misma mosca: desde las neuronas sensoriales situadas en el cuerpo, pasando por el cerebro y el cordón nervioso ventral (el equivalente en la mosca a nuestra médula espinal), hasta llegar a las neuronas motoras que accionan los músculos. Ribeiro destaca la magnitud de este registro integral: «Un conectoma consta de cuatro capas: las propias neuronas, las sinapsis, la química ―es decir, qué señal química utiliza probablemente una neurona para activar o silenciar las neuronas con las que se conecta― y, por último, los tipos celulares, que nos indican qué función desempeña probablemente cada una». 

Al cartografiar esta autopista de la información, el equipo ahora puede seguir cómo fluye la información desde que se percibe hasta la acción: «Para comer, una mosca percibe el gusto de la comida con las patas, toma la decisión en el cerebro y después mueve la boca y el cuerpo. Por primera vez podemos seguir todo ese recorrido, desde la sensación hasta la acción, en un único mapa». El mapa confirma con todo detalle lo que ya se sabía: el cuello es un cuello de botella, ya que todo lo que el cerebro ordena al cuerpo debe canalizarse a través de un grupo reducido de neuronas descendentes para transformarse en acción.

Carlos Ribeiro. Crédito: Alexandre Azinheira, Champalimaud Foundation

Además de comer: las múltiples facetas del gusto

Aunque tendemos a asociar el gusto exclusivamente con la ingesta, los hallazgos revelan que, como señala el propio investigador, «en la mosca, el sentido del gusto no sirve únicamente para alimentarse: es una red multicanal que se integra en los circuitos del movimiento, la liberación de hormonas y el cortejo».

El estudio demuestra que una misma modalidad sensorial desata respuestas distintas según el punto corporal activado:

• Respecto al frenado al caminar, Ribeiro explica que «al pisar el alimento adecuado, los sensores de las patas detectan comida y activan unas neuronas inhibidoras que frenan la locomoción». 
• También influye en la liberación de un freno motor. «Uno podría esperar que un sabor agradable simplemente active el lamido. En cambio, funciona principalmente liberando un freno: el gusto silencia las neuronas que, en condiciones normales, inhiben el lamido», ilustra Ribeiro. Para las respuestas hormonales anticipatorias, detalla que «las neuronas gustativas de la garganta de la mosca se conectan con las células productoras de insulina en apenas tres pasos», lo que permite al cuerpo prepararse mientras todavía está ingiriendo la comida. Las personas también liberan insulina de forma anticipada en previsión de la comida, al verla, olerla o probarla. El mapa de la mosca muestra una conexión neuronal específica que podría realizar esta función.
• Finalmente, sobre el cortejo social, cuenta que «las patas detectan feromonas al tocar a otros individuos y canalizan la información hacia los circuitos de cortejo». 

La microbiota y los enigmas de la percepción

Una de las líneas emblemáticas del laboratorio de Ribeiro es cómo condicionan las bacterias intestinales las elecciones alimentarias. ¿Dónde encaja este diálogo microbiano en el nuevo mapa? Ribeiro admite que estamos ante la siguiente frontera: «La microbiota, al igual que el hambre o la sed, debe de alterar el modo en que el conectoma procesa la información. El próximo gran paso es cartografiar cómo cambia el conectoma según el estado del animal».

Respecto a cómo se construye el sabor al integrar otros sentidos o si se carece de ellos, el investigador apunta: «Es una de las preguntas más difíciles en este campo. Obtuvimos un primer indicio en el comportamiento de cortejo durante un estudio previo con nuestros colaboradores en Cambridge. La hembra de la mosca percibe el olor de una feromona del macho y, al contacto físico, detecta también su gusto. Encontramos un grupo de neuronas en el que convergen ambas señales. Activar únicamente la vía del olfato o únicamente la del gusto no estimulaba su disposición a aparearse: solo la combinación de ambas lo lograba». Ahora, sin embargo, es posible localizar cada punto de encuentro donde el gusto coincide con el olfato, la vista o el tacto.

De la mosca al ser humano: ciencia colaborativa e impacto global

Aun cuando el cerebro humano posee 86.000 millones de neuronas frente a las 166.700 de la mosca, ambos comparten los mismos principios genéticos y organizativos. Para Ribeiro, la utilidad práctica en humanos y en salud pública es directa: «La ciencia de los insectos tiene valor por sí misma. Que un mosquito decida si nos pica, que una plaga determine si devora un cultivo o que un polinizador elija la flor que visita son, en el fondo, decisiones gustativas que afectan a nuestra salud y a nuestras fuentes de alimentos». 

El investigador subraya con pasión el carácter cooperativo del proyecto: el trabajo de su laboratorio fue liderado por Ibrahim Tastekin e Inês de Haan Vicente, junto con Rory J. Beresford, en estrecha colaboración con los equipos del Janelia Research Campus (HHMI) y el laboratorio de Greg Jefferis, uno de los líderes del proyecto del conectoma, en la Universidad de Cambridge. Sobre esta colaboración concluye: «Es emocionante trabajar en esto junto a gente increíble y poner todos estos datos al alcance de cualquiera. Ahora, alguien que investigue el movimiento, las hormonas, el sueño o el cortejo solo tiene que abrir este mapa y ver cómo está conectado el circuito que estudia. Vivimos una época sencillamente fascinante para la ciencia; es todo un privilegio poder contribuir y formar parte de ella».